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使用纳米孔技术从细菌和微生物组中提取DNA甲基化

细菌DNA甲基化发生在不同的序列环境中,并在细胞防御和基因调控中发挥重要的功能作用。越来越多的研究报告说,细菌DNA甲基化在影响临床相关表型如毒力,宿主定植,孢子形成,生物膜形成等方面具有重要作用。细菌甲基化组包含三种主要的DNA甲基化形式:N6-甲基腺嘌呤(6 mA),N4-甲基胞嘧啶(4mC)和5-甲基胞嘧啶(5mC)。哺乳动物基因组中用于DNA甲基化定位的亚硫酸氢盐测序方法广泛使用,无法有效解决细菌甲基化组的问题。单分子实时(SMRT)可以有效地绘制6mA和4mC事件的图谱,并且在过去十年中已授权研究超过4,000个细菌甲基化组。然而,

在一项新研究中,研究人员开发了一种方法,该方法能够对广泛应用的甲基化发现进行纳米孔测序,并将其应用于肠道微生物组中的单个细菌。此外,他们展示了DNA甲基化技术在高分辨率微生物组分析中的应用,可直接从微生物组样本中绘制出带有其宿主基因组的移动遗传元件。

抗生素耐药性对公众健康构成极大的风险。为了最好地抵抗细菌病原体,重要的是发现新的药物靶标。越来越多的证据表明,细菌DNA甲基化在调节细菌生理(例如毒力,孢子形成,生物膜形成,病原体与宿主之间的相互作用等)中起着重要作用。这项新方法使研究人员可以更有效地从细菌病原体中发现新的DNA甲基化,开放发现新抑制剂靶标的新机会。

尽管人们越来越意识到微生物组在人类健康中的作用,但是微生物组的全面表征仍然很困难。为了有效利用微生物组的治疗能力,重要的是要了解人类微生物组中的特定细菌种类和特定菌株。这种新方法结合了长时间阅读测序和细菌DNA甲基化的功能,可以将复杂的微生物组样品解析为单个物种和菌株。因此,它还将使用于医疗应用的人类微生物组具有更高分辨率的表征。基于甲基化的移动遗传元件(通常编码抗生素抗性基因)到其宿主基因组的定位功能还有助于追踪赋予抗生素抗性的基因的传递。

通过检查大量不同的序列上下文中的三种类型的DNA甲基化,我们观察到纳米孔测序信号跨相同类型的甲基化事件显示复杂的异质性。为了捕获这种复杂性并使纳米孔测序能够广泛应用的甲基化发现,研究人员从各种细菌物种中生成了训练数据集,并开发了一种新颖的方法,将三种形式的DNA甲基化的鉴定和精细定位与多标记结合在一起分类设计。他们评估了该方法,然后将其应用于单个细菌和小鼠肠道微生物组,以进行可靠的甲基化发现。此外,他们还在微生物组中证明了这一点。 分析了使用DNA甲基化技术对宏基因组重叠群进行装箱,将移动遗传元件与其宿主基因组相关联,并首次发现了组装错误的宏基因组重叠群。

西奈山的Gang Fang说:“ DNA甲基化在人类基因组中起着重要作用,并且在健康和各种疾病中得到了广泛研究。DNA甲基化在细菌中也很普遍,但我们目前的了解还处于早期。”

越来越多的研究报告说,细菌DNA甲基化在调节病原细菌的医学相关表型(例如毒力,生物膜形成,毒力,孢子形成等)中起着重要作用。

对细菌DNA甲基化的更广泛和更深入的研究需要可靠的技术,而新方法填补了一个重要的空白,因为它现在可以使用纳米孔测序从细菌基因组中获得新发现。这种新方法具有广泛的用途,可用于发现细菌中不同形式的DNA甲基化,辅助细菌中表观遗传调控的功能研究以及利用细菌表观基因组进行更有效的宏基因组分析。

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