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Microbial Epigenetics - Directly detect epigenetic modifications with SMRT Sequencing

2021-05-13 09:26:53

 

 


 

PacBio의 highly accurate long-read sequencing (HiFi)을 활용하여

고해상도로 미생물의 게놈을 분석할 수 있습니다. 

 



 

DNA 메틸화는 외래 DNA에 대한 미생물 방어의 중요한 구성 요소이지만 restriction-modification (R-M) 시스템은 이중 가닥 절단 및 C-T 돌연변이를 증가시켜 세균 진화를 유도하고 병원성과 독성에 영향을 미치는 유전자의 전사를 바꿀 수도 있습니다.

Single Molecule, Reall-time (SMRT )시퀀싱은 후성 유전학적 변형을 직접 감지합니다. sequencing을 진행하는 중에 DNA 염기가 결합하면서 발생하는 중합 효소의 동역학 변화 (kinetic variation) 를 측정하여 DNA 변형을 감지하므로 특별한 샘플 준비 및 추가 sequencing 등 까다로운 화학적 프로토콜이 별도로 필요하지 않습니다.

   • assembly 에 권장되는 커버리지 수준에서 genome 전체의 m6A 및 m4C R-M 시스템 모티프 감지
   • 약간 커버리지를 높이면 모든 genome 위치에서 m6A 및 m4C 메틸화 상태를 확인
   • 후성 유전학적 변형에 대한  주석을 추가한 완전한 genome 완성
   • 획득병인, 숙주 적응 및 항생제 내성과 관련된 유전자의 배터리를 조절하는 R-M 유전자의 위상 변이를 확인


Spotlight: Microbial DNA methylation signatures detected with SMRT Sequencing improves metagenomic binning and plasmid tracking

박테리아 DNA 메틸화 프로파일을 내재된 후성 유전학 바코드로 활용하여 종 또는 균주별로 개별 reads 및 assembly 된 contig를 계산적으로 binning했습니다. 플라스미드 및 기타 이동성 유전 요소를 숙주 genome 과 관련지어 균주 수준의  metagenome 분석을 개선하였습니다. 

Beaulaurier, J. et al., 2018. Nature Biotechnology 

DOI : 10.1038/nbt.4037



Spotlight: Revealing methylation fingerprints to evade the host defenses that thwart genome engineering  


SyngenicDNA는 새로운 스텔스 방식의 공학적 접근 방식입니다. 숙주의 R-M 시스템을 회피하기 위해  특정 인식 모티프를 편집, 외래 DNA를 숨길 수 있습니다. SMRT Sequencing을 활용하여 박테리아 변형 효율을 최대 70,000 배까지 향상시키고 기초 연구, 산업 생물학, 합성 생물학 및 중개 연구 등 다양한 응용분야에서 박테리아를 활용한 유전 공학을 활용할 수 있게 되었습니다.

Johnston, C. D., et al. (2019). PNAS 
DOI : 10.1073/pnas.1820256116 


Spotlight: Methylomes - a new frontier in prokaryotic biology 

 

SMRT Sequencing은 230 개 원핵 생물의 methylome을 분석함으로써 DNA 메틸화의 역할에 대해 폭 넓게 연구할 수 있습니다. 

Blow, M.J. et al., (2016). PLoS Genetics,
DOI : 10.1371/journal.pgen.1005854 

 

 

 

 



MTase enzymes linked to gene expression in Lyme disease bacteria
Timothy Casselli et. al. (2018) Journal of Bacteriology

 

DNA methylation by MTases encoded in giant virus genomes 

Sandra Jeudy et. al. (2020) Nature Communications

 


JGI Sequencing Fungus for Clues to Better Biofuel Production
Inge Kjærbølling et.al. (2018) PNAS

 

 

Beaulaurier, John et al. (2019) Nature reviews. Genetics

  

Amaury Pavelleville et. al. (2018) scientific reports

Bart P.H.J.Thomma et al. (2016) Fungal Genetics and Biology

 

  

 

HiFi Reads Offer the Benefits of Short Reads and Long Reads in One Easy-to-Use Technology


HiFi read는 모든 변이 유형을 감지할 수 있는 높은 정확도 (> 99.9 %)와 가장 복잡한 유전체와 전체 전사체를 assemble하는데 필요한 충분히 긴 길이(최대 25kb)를 제공합니다.