Un estudio de la Universidad de Chung-Ang revela el papel

La metilación del ADN es un proceso biológico mediante el cual se añaden grupos metilo al ADN (material genético). Se utiliza como estrategia epigenética, es decir, no genética, por parte de los procariotas para realizar una variedad de funciones, como la regulación y reparación de genes y la protección contra la invasión viral utilizando sistemas de modificación de restricción (RM), que actúan como sistemas inmunitarios procariotas. Hasta hace poco, los estudios de metilación del ADN se limitaban a microorganismos que podían cultivarse en entornos de laboratorio. Esto ha llevado a una pobre comprensión de su papel en la ecología microbiana. Por lo tanto, es necesario realizar estudios genéticos de todo el genoma de los microbios ambientales, especialmente aquellos que no se pueden cultivar en un laboratorio, sino que solo crecen en condiciones naturales.

Con este fin, un equipo de investigadores dirigido por el profesor Woo Jun-sul de la Universidad Chung-Ang y el Dr. Hon Ji-seong (actualmente de Macrogen Inc.) en Corea del Sur exploró las diferencias en los patrones de metilación del ADN entre diferentes miembros de microorganismos en el océano. comunidades del Noroeste del Pacífico. Su estudio se publicó en línea el 28 de septiembre de 2022, en el Volumen 10 de microbioma. «El proyecto de metilación del ADN en profundidad solo comenzó en 2014, con el lanzamiento de secuencias de lectura larga. Esto despertó nuestra curiosidad y queríamos aplicarlo a la ecología microbiana. Por lo tanto, utilizamos un enfoque de metagenómica para explorar la metilación del ADN a nivel comunitario en lugar de a nivel de organismo.El profesor Saul dice mientras discute la motivación detrás de su estudio.

El ajetreo comenzó en 2015, cuando el Instituto de Investigación Polar de Corea inició el Proyecto de Observación a Bordo (SHIPPO). Implicó filtrar microorganismos de muestras de la superficie del océano en 10 estaciones diferentes desde el noroeste del Pacífico hasta el mar de Bering.

El equipo extrajo el ADN de estas muestras capturadas y utilizó las secuencias de lectura corta y larga para realizar la secuenciación metagenómica. Luego, estas secuencias se alinearon mediante análisis computacional para generar 15.056 genomas ensamblados (MAG) virales (v), 252 procariotas (pro), 56 virales gigantes (gv) y 6 eucariotas (eu). Después de un análisis más detallado, el equipo se sorprendió al descubrir que aproximadamente el 95 % de los proMAG secuenciados pertenecían a nuevos taxones que no podían clasificarse utilizando las bases de datos genómicas existentes. «Este hallazgo muestra claramente cuánto potencial tiene esta técnica y cómo puede proporcionar nuevos conocimientos sobre los genomas de los microbios oceánicos no cultivables.El profesor Saúl explica.

A continuación, el equipo utilizó este enfoque para explorar la diversidad de las clases de enzimas ADN metiltransferasa (MTasa) expresadas por los genomas identificados en la base de datos SHIPPO. Descubrieron que la MTasa II era la clase más común de MTasa expresada en estos organismos. Curiosamente, la mayoría de los proMAG carecen de sistemas RM completos debido a la falta de enzimas de restricción. Además, la identificación de formas metiladas en el microbioma oceánico reveló patrones únicos de metilación del ADN, lo que finalmente condujo al descubrimiento de un perfil de metilación distinto en proteobacteria alfa.

A continuación, el equipo utilizó la secuenciación en tiempo real de una sola molécula (SMRT) para monitorear los patrones de metilación en ratones. bacterias pelágicas. Detectaron heterogeneidad en el perfil de metilación de las bacterias incluso en el «nivel de estrés». Esto significa que los eventos celulares dinámicos están ocurriendo dentro bacterias pelágicas en las aguas superficiales del noroeste del Océano Pacífico.

Un análisis comparativo de los genomas bacteriano y viral también proporcionó pistas sobre sus patrones evolutivos e interacciones. El equipo encontró patrones de metilación desiguales en KAND. s. Genoma de Giovannoni NP1, lo que sugiere posibles mecanismos de defensa empleados por esta bacteria.

Estos resultados ya han allanado el camino para una nueva era de epigenética, que mide directamente la metilación en los microbios ambientales. La posibilidad de estudiar el epigenoma de diferentes organismos simultáneamente es de gran alcance, explica el profesor Saul, por conjetura, «Junto con los estudios para identificar los patrones de metilación de las cepas que exhiben patogenicidad real, nuestro estudio también ayuda a descubrir objetivos candidatos para prevenir la patogenicidad en el medio ambiente. Esto podría ser de gran importancia para los sistemas mundiales de salud pública al detectar señales patogénicas que amenazan la salud humana.«.

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Referencia

Autores: Hoon Je Seong¹Simón Rowe²Chung Yun Hwang³ y Woo Jun Sul¹

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

Afiliaciones:

¹ Departamento de Biotecnología de Sistemas, Universidad Chung-Ang, Anseong, República de Corea.

²DOE Joint Genome Institute, Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, Berkeley, CA, EE. UU.

³Escuela de Ciencias Ambientales y de la Tierra e Instituto de Investigación de Oceanografía, Universidad Nacional de Seúl, Seúl, República de Corea.

sobre el profesor Woo Jun Seul Min Universidad Chung-Ang

El Dr. Woo Jun-sul es profesor en el Departamento de Biotecnología de Sistemas y Director del Centro de Investigación de Biotecnología y Piel de la Universidad de Chung-Ang, Corea del Sur. Obtuvo su Ph.D. en ecología microbiana de la Universidad Estatal de Michigan, EE. UU. en 2010. Actualmente, su investigación se centra en la ecología microbiana, la teoría ecológica y el uso de la genómica y la genómica para comprender la reproducción, la estructura y la función de la comunidad, así como en el microbioma de la piel humana.

sobre el dr. hun ji seung min Corporación Macrogen

El Dr. Hoon Ji-seong trabaja actualmente como director de análisis de microbiomas en la empresa de secuenciación conocida como Macrogen, Inc. Es el responsable de estudiar el microbioma intestinal de los niños afectados por varios exosomas ambientales. Antes de trabajar para esta empresa, obtuvo su Ph.D. en Ecología Microbiana bajo la supervisión del profesor Woo Jun-Sol en la Universidad Chung-Ang en 2022.