Découvrir la méthylation de l’ADN à partir de bactéries et de microbiomes à l’aide de la technologie nanopore

Nom du journal: Méthodes de la nature

Titre de l’article: Découverte de plusieurs types de méthylation de l’ADN à partir de bactéries et de microbiomes individuels à l’aide du séquençage des nanopores

Auteur correspondant: Gang Fang, PhD

En bout de ligne:

• La méthylation de l’ADN bactérien se produit dans divers contextes de séquence et joue des rôles fonctionnels importants dans la défense cellulaire et la régulation des gènes. Un nombre croissant d’études ont rapporté que la méthylation de l’ADN bactérien a des rôles importants affectant les phénotypes cliniquement pertinents tels que la virulence, la colonisation de l’hôte, la sporulation, la formation de biofilm, entre autres.
• Les méthylomes bactériens contiennent trois formes principales de méthylation de l’ADN: la N6-méthyladénine (6 mA), la N4-méthylcytosine (4 mC) et la 5-méthylcytosine (5 mC). Le séquençage au bisulfite largement utilisé pour la cartographie de la méthylation de l’ADN dans les génomes de mammifères n’est pas efficace pour résoudre les méthylomes bactériens. Une seule molécule en temps réel (SMRT) peut cartographier efficacement les événements de 6 mA et 4 mC et a permis d’étudier plus de 4 000 méthylomes bactériens au cours des dix dernières années. Cependant, le séquençage SMRT ne peut pas détecter efficacement la méthylation 5mC.

Résultats: Dans ce travail, nous avons développé une nouvelle méthode qui permet le séquençage des nanopores pour la découverte de méthylation largement applicable. Nous l’avons appliqué à des bactéries individuelles et au microbiome intestinal pour une découverte fiable de la méthylation. De plus, nous avons démontré l’utilisation de la méthylation de l’ADN pour l’analyse du microbiome à haute résolution, en cartographiant les éléments génétiques mobiles avec leurs génomes hôtes directement à partir d’échantillons de microbiome.

Pourquoi la recherche est intéressante:

• Pour lutter contre les agents pathogènes bactériens. La résistance aux antibiotiques présente un risque important pour la santé publique. Pour lutter au mieux contre les bactéries pathogènes, il est important de découvrir de nouvelles cibles médicamenteuses. De plus en plus de preuves suggèrent que la méthylation de l’ADN bactérien joue un rôle important dans la régulation de la physiologie bactérienne comme la virulence, la sporulation, la formation de biofilm, l’interaction pathogène-hôte, etc. possibilités de découvrir de nouvelles cibles pour concevoir de nouveaux inhibiteurs.
• Pour mieux comprendre le microbiome. Malgré une appréciation croissante du rôle du microbiome dans la santé humaine, la caractérisation complète des microbiomes reste difficile. Pour exploiter efficacement le pouvoir thérapeutique du microbiome, il est important de comprendre les espèces de bactéries spécifiques et les souches particulières du microbiome humain. Notre nouvelle méthode combine la puissance du séquençage à lecture longue et de la méthylation de l’ADN bactérien pour résoudre des échantillons de microbiome complexes en espèces et souches individuelles. Ainsi, cela permettra également une caractérisation à plus haute résolution du microbiome humain pour des applications médicales.
• La puissance de la cartographie basée sur la méthylation des éléments génétiques mobiles (souvent codant pour les gènes de résistance aux antibiotiques) à leurs génomes hôtes permet également de suivre la transmission des gènes de résistance aux antibiotiques.

Comment: En examinant trois types de méthylation de l’ADN dans une grande diversité de contextes de séquence, nous avons observé que le signal de séquençage des nanopores présente une hétérogénéité complexe à travers les événements de méthylation du même type. Pour capturer cette complexité et permettre le séquençage des nanopores pour une découverte de méthylation largement applicable, nous avons généré un ensemble de données de formation à partir d’un assortiment d’espèces bactériennes et développé une nouvelle méthode qui couple l’identification et la cartographie fine des trois formes de méthylation de l’ADN dans une classification multi-marqueurs. conception.

Nous avons évalué la méthode et l’avons ensuite appliquée à des bactéries individuelles et au microbiome intestinal de souris pour une découverte de méthylation fiable. En outre, nous avons démontré dans l’analyse du microbiome l’utilisation de la méthylation de l’ADN pour regrouper les contigs métagénomiques, en associant des éléments génétiques mobiles à leurs génomes hôtes, et pour la première fois, en identifiant les contigs métagénomiques mal assemblés.

A déclaré le Gang Fang du mont Sinaï à propos de l’œuvre:

• La méthylation de l’ADN joue un rôle important dans le génome humain et est largement étudiée dans le domaine de la santé et de diverses maladies. La méthylation de l’ADN est également répandue chez les bactéries, mais notre compréhension actuelle en est encore à un stade relativement précoce.
• Un nombre croissant d’études ont rapporté que la méthylation de l’ADN bactérien joue un rôle important dans la régulation des phénotypes médicalement pertinents de bactéries pathogènes, tels que la virulence, la formation de biofilm, la virulence, la sporulation, entre autres.
• Une étude plus large et plus approfondie de la méthylation de l’ADN bactérien nécessite des technologies fiables, et notre nouvelle méthode comble une lacune importante en ce qu’elle permet désormais d’utiliser le séquençage Nanopore pour faire de nouvelles découvertes à partir de génomes bactériens.
• Cette nouvelle méthode a une large utilité pour découvrir différentes formes de méthylation de l’ADN à partir de bactéries, aider aux études fonctionnelles de la régulation épigénétique chez les bactéries et exploiter les épigénomes bactériens pour des analyses métagénomiques plus efficaces.