Odkrivanje metilacije DNA iz bakterij in mikrobiomov z nanopore tehnologijo

Ime časopisa: Naravne metode

Naslov članka: Odkrivanje več vrst metilacije DNK iz posameznih bakterij in mikrobiomov z uporabo nanopore

Dopisni avtor: Gang Fang, Dr

Spodnja črta:

• Metilacija bakterijske DNA se pojavlja v različnih kontekstih zaporedja in igra pomembno funkcionalno vlogo pri celični obrambi in regulaciji genov. Vse več študij poroča, da ima metilacija bakterijske DNA pomembno vlogo pri klinično pomembnih fenotipih, kot je virulenca, kolonizacija gostitelja, sporulacija, nastanek biofilma, med ostalimi.
• Bakterijski metilomi vsebujejo tri primarne oblike metilacije DNA:N6-metiladenin (6 mA), N4-metilcitozin (4mC) in 5-metilcitozin (5mC). Široko uporabljeno zaporedje bisulfitov za preslikavo metilacije DNA v genomih sesalcev ni učinkovito pri razreševanju bakterijskih metilomov. Enojna molekula v realnem času (SMRT) lahko učinkovito preslika 6MA in 4mC dogodke, in so omogočili študij> 4, 000 bakterijskih metilomov v zadnjih desetih letih. Vendar pa Zaporedje SMRT ne more učinkovito zaznati 5mC metilacije.

Rezultati: V tem delu je razvili smo novo metodo, ki omogoča zaporedje nanopor za široko uporabno odkrivanje metilacije. Nanesli smo ga na posamezne bakterije in črevesni mikrobiom za zanesljivo odkrivanje metilacije. Poleg tega pokazali smo uporabo metilacije DNA za analizo mikrobiomov z visoko ločljivostjo, kartiranje mobilnih genetskih elementov z gostiteljskimi genomi neposredno iz vzorcev mikrobiomov.

Zakaj je raziskava zanimiva:

• Za boj z bakterijskimi patogeni. Odpornost na antibiotike predstavlja veliko tveganje za javno zdravje. Za najboljši boj z bakterijskimi patogeni, pomembno je odkriti nove tarče drog. Vse več dokazov kaže, da ima metilacija bakterijske DNK pomembno vlogo pri uravnavanju fiziologije bakterij, kot je virulenca, sporulacija, nastanek biofilma, interakcija med patogenom in gostiteljem itd. Nova metoda v tem delu raziskovalcem omogoča učinkovitejše odkrivanje nove metilacije DNA iz bakterijskih patogenov, odpiranje novih priložnosti za odkrivanje novih ciljev za oblikovanje novih zaviralcev.
• Za boljše razumevanje mikrobioma. Kljub vse večjemu spoštovanju vloge mikrobioma pri zdravju ljudi, celovita karakterizacija mikrobiomov ostaja težka. Za učinkovito izkoriščanje terapevtske moči mikrobioma, Pomembno je razumeti posebne vrste bakterij in posebne seve v človeškem mikrobiomu. Naša nova metoda združuje moč dolgega branja in metilacijo bakterijske DNA za razdelitev kompleksnih vzorcev mikrobiomov v posamezne vrste in seve. Torej, prav tako bo omogočil karakterizacijo človeškega mikrobioma z večjo ločljivostjo za medicinsko uporabo.
• Moč preslikave mobilnih genetskih elementov, ki temeljijo na metilaciji (pogosto kodirajo gene za odpornost proti antibiotikom), v njihove gostiteljske genome pomaga tudi pri sledenju prenosu genov za odpornost na antibiotike.

Kako: S preučevanjem treh vrst metilacije DNA v veliki raznolikosti kontekstov zaporedja, opazili smo, da signal za zaporedje nanopor prikazuje kompleksno heterogenost med dogodki metilacije iste vrste. Da bi zajeli to kompleksnost in omogočili zaporedje nanopor za široko uporabno odkrivanje metilacije, iz nabora bakterijskih vrst smo ustvarili nabor podatkov za usposabljanje in razvili novo metodo, ki združuje identifikacijo in fino preslikavo treh oblik metilacije DNA v zasnovo klasifikacije z več oznakami.

Metodo smo ovrednotili in jo nato uporabili na posameznih bakterijah in mišjem črevesnem mikrobiomu za zanesljivo odkrivanje metilacije. Poleg tega v analizi mikrobiomov smo pokazali uporabo metilacije DNA za binning metagenomske kontige, povezovanje mobilnih genetskih elementov z njihovimi gostiteljskimi genomi, in prvič, prepoznavanje napačno sestavljenih metagenomskih contigov.

O delu skupine Mount Sinai je rekel:

• Metilacija DNA igra pomembno vlogo v človeškem genomu, in se široko raziskuje na področju zdravja in različnih bolezni. Metilacija DNA je razširjena tudi pri bakterijah, vendar je naše trenutno razumevanje še vedno v relativno zgodnji fazi.
• Vse več študij poroča, da ima metilacija bakterijske DNK pomembno vlogo pri uravnavanju medicinsko pomembnih fenotipov patogenih bakterij, kot so virulenca, nastanek biofilma, virulenca, sporulacija, med ostalimi.
• Širša in globlja študija metilacije bakterijske DNA zahteva zanesljive tehnologije, in naša nova metoda zapolnjuje pomembno vrzel, saj zdaj omogoča uporabo sekvenciranja Nanopore za nova odkritja iz bakterijskih genomov.
• Ta nova metoda ima široko uporabnost pri odkrivanju različnih oblik metilacije DNA iz bakterij, pomoč pri funkcionalnih študijah epigenetske regulacije pri bakterijah, in izkoriščanje bakterijskih epigenomov za učinkovitejše metagenomske analize.

• Uničujoče srbenje zaradi bolezni jeter se izkaže za presenetljiv vzrok
• Študija utira pot za učinkovito spremljanje ravni kemoterapevtskih zdravil pri bolnikih z rakom