Технология секвенирования отдельных молекул помогает в изучении метилирования ДНК у микробов

Исследователи секвенировали 230 разнообразных геномов архей и бактерий, чтобы больше узнать о ролях метилирования ДНК у прокариот.

Эпигеном клетки — это совокупность изменений, внесённых в определённые основания её геномной ДНК, которые влияют на фактическое использование генома и являются результатом химической модификации (обычно метилирования). Раскрытие всего спектра эпигеномного разнообразия микробов планеты может помочь исследователям лучше понять биологию микроорганизмов, играющих роль в глобальных циклах питательных веществ, а также выявить геномные регуляторные системы, которые могут быть полезны для энергетических и экологических приложений.

Метилирование ДНК, наиболее распространённое эпигенетическое изменение, — это процесс, который эукариоты используют для регуляции экспрессии генов, например, для предотвращения включения определённых генов. Хотя известно, что у прокариот (бактерий и архей) также есть метилированная ДНК, роли, которые этот процесс может играть в этих одноклеточных организмах, менее изучены.

Чтобы узнать больше, команда, включая исследователей из Объединённого института генома Министерства энергетики США (DOE JGI), использовала секвенирование в реальном времени отдельных молекул (SMRT) в DOE JGI и Pacific Biosciences для выявления паттернов метилирования ДНК в 230 геномах бактерий и архей. Они обнаружили признаки метилирования ДНК у 215 микроорганизмов (93% от секвенированных). Эти данные позволили аннотировать 600 ферментов, метилирующих ДНК (метилтрансфераз, MTases), что является огромным увеличением по сравнению с известными аннотациями. Хотя многие ДНК-метилирующие ферменты являются частью систем рестрикции-модификации, что согласуется с их известной ролью в защите от фагов и вирусов, результаты предполагают, что значительное число других может быть вовлечено в регуляцию генома и играть более важную роль в физиологии и биологии прокариот, чем предполагалось ранее.

Путём картирования и характеристики эпигенетических изменений учёные могут связать целевые гены с адаптациями к окружающей среде и метаболической активностью. Лучшее понимание таких механизмов контроля экспрессии генов и условий, при которых они наблюдаются, улучшит способность предсказывать, когда и где такие микробы обнаруживаются. Кроме того, это проинформирует о том, как микробы взаимодействуют с растениями и другими микроорганизмами в рамках интересов миссии Министерства энергетики, таких как выращивание растительного сырья для биоэнергетики, производство усовершенствованного биотоплива и переработка углерода в почве.

Отчёт был опубликован 12 февраля 2016 года в Plos Genetics и был отмечен 29 февраля 2016 года в Nature Genetics Reviews.