Исследование Университета Чанг-Анг раскрывает роль

Метилирование ДНК — это биологический процесс, при котором метильные группы добавляются к ДНК (генетическому материалу). Он используется в качестве эпигенетической, то есть негенетической стратегии прокариот для выполнения ряда функций, таких как регуляция и восстановление генов, а также защита от вирусной инвазии с использованием систем рестрикционной модификации (RM), которые действуют как прокариотические иммунные системы. До недавнего времени исследования метилирования ДНК ограничивались микроорганизмами, которые можно было культивировать в лабораторных условиях. Это привело к плохому пониманию их роли в микробной экологии. Поэтому необходимо проводить полногеномные генетические исследования микробов окружающей среды, особенно тех, которые не могут быть культивированы в лаборатории, а растут только в естественных условиях.

С этой целью группа исследователей во главе с профессором Ву Джун-сулом из Университета Чунг-Анг и доктором Хон Джи-соном (в настоящее время из Macrogen Inc.) в Южной Корее изучила различия в паттернах метилирования ДНК у разных представителей микроорганизмов. океан. сообщества на северо-западе Тихого океана. Их исследование было опубликовано в Интернете 28 сентября 2022 года в 10-м томе журнала. микробиом. «Проект углубленного метилирования ДНК начался только в 2014 году, когда были выпущены длинные последовательности считывания. Это возбудило наше любопытство, и мы захотели применить его к микробной экологии. Следовательно, мы использовали метагеномный подход для изучения метилирования ДНК на уровне сообщества, а не организма.— говорит профессор Сол, обсуждая мотивы их исследования.

Ажиотаж начался в 2015 году, когда Корейский институт полярных исследований инициировал проект наблюдения с борта корабля (SHIPPO). Он включал фильтрацию микроорганизмов из образцов поверхности океана на 10 различных станциях от тихоокеанского северо-запада до Берингова моря.

Команда извлекла ДНК из этих захваченных образцов и использовала короткие и длинные последовательности для выполнения метагеномного секвенирования. Затем эти последовательности были выровнены с помощью компьютерного анализа для создания 15 056 вирусных (v), 252 прокариотических (pro), 56 гигантских вирусных (gv) и 6 эукариотических (eu) собранных геномов (MAG). После дальнейшего анализа команда с удивлением обнаружила, что примерно 95% секвенированных proMAG принадлежали к новым таксонам, которые нельзя было классифицировать с помощью существующих геномных баз данных. «Это открытие ясно показывает, насколько большим потенциалом обладает этот метод и как он может дать новое представление о геномах некультивируемых океанских микробов.Объясняет профессор Сол.

Затем команда использовала этот подход для изучения разнообразия классов ферментов ДНК-метилтрансферазы (МТазы), экспрессируемых идентифицированными геномами в базе данных SHIPPO. Они обнаружили, что МТаза II была наиболее распространенным классом МТазы, экспрессируемой в этих организмах. Интересно, что в большинстве proMAG отсутствуют полные системы RM из-за отсутствия ферментов рестрикции. Кроме того, идентификация метилированных форм микробиома океана выявила уникальные модели метилирования ДНК, что в конечном итоге привело к открытию отчетливого профиля метилирования в Альфа-протеобактерии.

Затем команда использовала секвенирование одной молекулы в реальном времени (SMRT) для мониторинга паттернов метилирования у мышей. пелагические бактерии. Они обнаружили гетерогенность в профиле метилирования бактерий даже на «уровне стресса». Это означает, что динамические клеточные события происходят внутри пелагические бактерии в поверхностных водах северо-западной части Тихого океана.

Сравнительный анализ геномов бактерий и вирусов также дал ключ к разгадке их эволюционных моделей и взаимодействий. Команда обнаружила неравномерные паттерны метилирования в KAND. с. Геном Giovannoni NP1, что предполагает потенциальные защитные механизмы, используемые этой бактерией.

Эти результаты уже проложили путь к новой эре эпигенетики, которая напрямую измеряет метилирование в микробах окружающей среды. Возможность одновременного изучения эпигенома разных организмов имеет далеко идущие перспективы, объясняет профессор Саул, выдвигая гипотезу: «Наряду с исследованиями по выявлению паттернов метилирования штаммов, проявляющих реальную патогенность, наше исследование также помогает обнаружить мишени-кандидаты для предотвращения патогенности в окружающей среде. Это может иметь большое значение для глобальных систем общественного здравоохранения за счет обнаружения патогенных сигналов, угрожающих здоровью человека.«.

***

Ссылка

Авторы: Хун Дже Сон¹Саймон Роу²Чон Юн Хван³ и У Джун Соль¹

DOI: https://doi.org/10.1186/s40168-022-01340-w

Принадлежности:

¹ Кафедра системной биотехнологии, Университет Чун-Анг, Ансон, Республика Корея.

²Объединенный институт генома Министерства энергетики, Национальная лаборатория Лоуренса Беркли, Беркли, Калифорния, США.

³Школа наук о Земле и окружающей среде и Научно-исследовательский институт океанографии Сеульского национального университета, Сеул, Республика Корея.

о проф. У Джун Сыль Мин Университет Чун-Анг

Д-р Ву Джун Сул — профессор кафедры системной биотехнологии и директор Центра исследований кожи и биотехнологии Университета Чунг-Анг, Южная Корея. Он получил докторскую степень. получил степень доктора микробной экологии в Мичиганском государственном университете, США, в 2010 году. В настоящее время его исследования сосредоточены на микробной экологии, экологической теории и использовании геномики и геномики для понимания репродукции, структуры и функций сообщества, а также микробиома кожи человека.

о докторе Хон Чжи Сын Мин Макроген Корпорейшн

Доктор Хун Джи-Сон в настоящее время работает директором по анализу микробиома в компании, занимающейся секвенированием, известной как Macrogen, Inc. Он отвечает за изучение микробиома кишечника детей, пострадавших от различных экзосом окружающей среды. До работы в этой компании он получил степень доктора философии. в области микробной экологии под руководством профессора Ву Джун-Сола в Университете Чунг-Анг в 2022 году.