Descubriendo la metilación del ADN a partir de bacterias y microbiomas utilizando tecnología de nanoporos



Nombre de la revista: Métodos de la naturaleza

Titulo del articulo: Descubriendo múltiples tipos de metilación del ADN de bacterias y microbiomas individuales mediante secuenciación de nanoporos

Autor correspondiente: Gang Fang, Doctorado

Línea de fondo:

  • La metilación del ADN bacteriano se produce en diversos contextos de secuencia y desempeña importantes funciones funcionales en la defensa celular y la regulación génica. Un número creciente de estudios ha informado que la metilación del ADN bacteriano tiene roles importantes que afectan fenotipos clínicamente relevantes como la virulencia, la colonización del hospedador, la esporulación, la formación de biopelículas, entre otros.
  • Los metilomas bacterianos contienen tres formas principales de metilación del ADN: N6-metiladenina (6 mA), N4-metilcitosina (4mC) y 5-metilcitosina (5mC). La secuenciación de bisulfito ampliamente utilizada para el mapeo de metilación del ADN en genomas de mamíferos no es eficaz para resolver los metilomas bacterianos. En tiempo real de una sola molécula (SMRT) puede mapear eficazmente eventos de 6mA y 4mC, y ha permitido el estudio de más de 4.000 metilomas bacterianos en los últimos diez años. Sin embargo, la secuenciación SMRT no puede detectar eficazmente la metilación de 5 mC.

Resultados: En este trabajo, desarrollamos un nuevo método que permite la secuenciación de nanoporos para el descubrimiento de metilación de amplia aplicación. Lo aplicamos a bacterias individuales y al microbioma intestinal para un descubrimiento confiable de la metilación. Además, demostramos el uso de la metilación del ADN para el análisis de microbiomas de alta resolución, mapeando elementos genéticos móviles con sus genomas anfitriones directamente a partir de muestras de microbiomas.

Por qué la investigación es interesante:

  • Para luchar contra patógenos bacterianos. La resistencia a los antibióticos representa un gran riesgo para la salud pública. Para luchar mejor contra los patógenos bacterianos, es importante descubrir nuevos objetivos farmacológicos. La creciente evidencia sugiere que la metilación del ADN bacteriano juega un papel importante en la regulación de la fisiología bacteriana, como la virulencia, la esporulación, la formación de biopelículas, la interacción patógeno-huésped, etc. oportunidades para descubrir nuevos objetivos para diseñar nuevos inhibidores.
  • Para comprender mejor el microbioma. A pesar de la creciente apreciación del papel del microbioma en la salud humana, la caracterización integral de los microbiomas sigue siendo difícil. Para aprovechar de manera eficaz el poder terapéutico del microbioma, es importante comprender las especies de bacterias específicas y las cepas particulares del microbioma humano. Nuestro nuevo método combina el poder de la secuenciación de lectura prolongada y la metilación del ADN bacteriano para resolver muestras complejas de microbiomas en especies y cepas individuales. Por lo tanto, también permitirá una caracterización de mayor resolución del microbioma humano para aplicaciones médicas.
  • El poder del mapeo basado en la metilación de elementos genéticos móviles (que a menudo codifican genes de resistencia a antibióticos) a sus genomas anfitriones también ayuda a rastrear la transmisión de genes de resistencia a antibióticos.

Cómo: Al examinar tres tipos de metilación del ADN en una gran diversidad de contextos de secuencia, observamos que la señal de secuenciación de nanoporos muestra una heterogeneidad compleja en los eventos de metilación del mismo tipo. Para capturar esta complejidad y permitir la secuenciación de nanoporos para el descubrimiento de metilación de amplia aplicación, generamos un conjunto de datos de entrenamiento a partir de una variedad de especies bacterianas y desarrollamos un método novedoso que combina la identificación y el mapeo fino de las tres formas de metilación del ADN en una clasificación de múltiples etiquetas. diseño.

Evaluamos el método y luego lo aplicamos a bacterias individuales y microbioma intestinal de ratón para un descubrimiento confiable de la metilación. Además, demostramos en el análisis del microbioma el uso de la metilación del ADN para agrupar contigs metagenómicos, asociar elementos genéticos móviles con sus genomas de acogida y, por primera vez, identificar contigs metagenómicos mal ensamblados.

Dijo Gang Fang de Mount Sinai de la obra:

  • La metilación del ADN juega un papel importante en el genoma humano y se estudia ampliamente en la salud y en diversas enfermedades. La metilación del ADN también es frecuente en las bacterias, pero nuestro conocimiento actual aún se encuentra en una etapa relativamente temprana.
  • Un número creciente de estudios ha informado que la metilación del ADN bacteriano juega un papel importante en la regulación de fenotipos de bacterias patógenas médicamente relevantes, como la virulencia, la formación de biopelículas, la virulencia, la esporulación, entre otros.
  • El estudio más amplio y profundo de la metilación del ADN bacteriano requiere tecnologías confiables, y nuestro nuevo método llena un vacío importante ya que ahora permite el uso de la secuenciación Nanopore para hacer nuevos descubrimientos a partir de genomas bacterianos.
  • Este nuevo método tiene una amplia utilidad para descubrir diferentes formas de metilación del ADN de las bacterias, ayudar a los estudios funcionales de la regulación epigenética en las bacterias y aprovechar los epigenomas bacterianos para realizar análisis metagenómicos más efectivos.

Fuente:

Referencia de la revista:

Tourancheau, A., et al. (2021) Descubrimiento de múltiples tipos de metilación del ADN de bacterias y microbiomas mediante la secuenciación de nanoporos. Métodos de la naturaleza. doi.org/10.1038/s41592-021-01109-3.

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