Автор AZoNano 6 апреля 2021 года

Название журнала: Природные методы

Название статьи: Обнаружение нескольких типов метилирования ДНК отдельных бактерий и микробиома с помощью секвенирования нанопор

Автор, ответственный за переписку: Gang Fang, PhD

Итог:

• Метилирование бактериальной ДНК происходит в контексте различных последовательностей и играет важную функциональную роль в клеточной защите и регуляции генов. Все больше исследований сообщают, что метилирование бактериальной ДНК играет важную роль, влияя на клинически значимые фенотипы, такие как вирулентность, колонизация хозяина, споруляция, образование биопленок и др.
• Бактериальные метиломы содержат три основные формы метилирования ДНК: N6-метиладенин (6 мА), N4-метилцитозин (4mC) и 5-метилцитозин (5mC). Широко используемое бисульфитное секвенирование для картирования метилирования ДНК в геномах млекопитающих неэффективно для разделения бактериальных метиломов. Одиночная молекула в режиме реального времени (SMRT) может эффективно отображать события 6 мА и 4 мкС, что позволило изучить более 4000 бактериальных метиломов за последние десять лет. Однако секвенирование SMRT не может эффективно обнаружить метилирование 5mC.

Результаты: В этой работе мы разработали новый метод, который позволяет секвенировать нанопоры для широко применимого открытия метилирования. Мы применили его к отдельным бактериям и микробиому кишечника для надежного обнаружения метилирования. Кроме того, мы продемонстрировали использование метилирования ДНК для анализа микробиома с высоким разрешением, картируя мобильные генетические элементы с геномами их хозяев непосредственно из образцов микробиома.

Почему исследование интересно:

• Для борьбы с бактериальными патогенами. Устойчивость к антибиотикам представляет большой риск для здоровья населения. Чтобы лучше бороться с бактериальными патогенами, важно открывать новые мишени для лекарств. Все больше данных свидетельствует о том, что метилирование бактериальной ДНК играет важную роль в регуляции бактериальной физиологии, такой как вирулентность, споруляция, образование биопленок, взаимодействие патоген-хозяин и т. Д. Новый метод в этой работе позволяет исследователям более эффективно обнаруживать новое метилирование ДНК бактериальных патогенов, открывая новые возможности. возможности открытия новых мишеней для разработки новых ингибиторов.
• Чтобы лучше понять микробиом. Несмотря на растущее понимание роли микробиома в здоровье человека, всесторонняя характеристика микробиома остается сложной. Чтобы эффективно использовать терапевтическую силу микробиома, важно понимать конкретные виды бактерий и определенные штаммы в микробиоме человека. Наш новый метод сочетает в себе возможности длинного секвенирования и метилирования бактериальной ДНК для разделения сложных образцов микробиома на отдельные виды и штаммы. Таким образом, это также даст возможность более высокого разрешения характеризовать микробиом человека для медицинских приложений.
• Возможности картирования мобильных генетических элементов (часто кодирующих гены устойчивости к антибиотикам) на их геномах хозяев на основе метилирования также помогают отслеживать передачу генов устойчивости к антибиотикам.

Как: Изучая три типа метилирования ДНК в большом разнообразии контекстов последовательностей, мы наблюдали, что сигнал секвенирования нанопор демонстрирует сложную гетерогенность между событиями метилирования одного и того же типа. Чтобы уловить эту сложность и обеспечить возможность секвенирования нанопор для широко применимого открытия метилирования, мы создали обучающий набор данных из ассортимента видов бактерий и разработали новый метод, который объединяет идентификацию и точное отображение трех форм метилирования ДНК в многометровую классификацию. дизайн.

Мы оценили метод, а затем применили его к отдельным бактериям и микробиому кишечника мыши для надежного обнаружения метилирования. Кроме того, мы продемонстрировали в анализе микробиома использование метилирования ДНК для объединения метагеномных контигов, связывания мобильных генетических элементов с их геномами-хозяевами и впервые для выявления неправильно собранных метагеномных контигов.

Сказал "Бандитский клык горы Синай" в работе:

• Метилирование ДНК играет важную роль в геноме человека и широко изучается при лечении и различных заболеваниях. Метилирование ДНК также широко распространено у бактерий, но наше нынешнее понимание все еще находится на относительно ранней стадии.
• Все больше исследований сообщают, что метилирование бактериальной ДНК играет важную роль в регулировании важных с медицинской точки зрения фенотипов патогенных бактерий, таких как вирулентность, образование биопленок, вирулентность, споруляция и др.
• Более широкое и глубокое изучение метилирования бактериальной ДНК требует надежных технологий, и наш новый метод заполняет важный пробел, поскольку теперь он позволяет использовать секвенирование нанопор для новых открытий из бактериальных геномов.
• Этот новый метод имеет широкое применение для обнаружения различных форм метилирования ДНК бактерий, содействия функциональным исследованиям эпигенетической регуляции у бактерий и использования бактериальных эпигеномов для более эффективного метагеномного анализа.

Источник: http://www.mountsinai.org