科学家揭开了DNA甲基化之谜

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在很大程度上,DNA甲基化,调节重要的细胞功能,对科学界来说仍然是一个谜。现在,科学家们已经开发出一种方法,可以快速地将甲基化酶与它们各自的甲基化模式结合起来。这一发现可能成为许多物种基因工程成功的关键。

所有物种都用甲基标记它们的DNA。这是为了调节基因表达,区分本地DNA和外来DNA,或者在复制过程中标记古老的DNA链。甲基化是由一种叫做甲基转移酶的特定酶进行的,这种酶以特定的模式修饰DNA,从而在DNA上创建一个表观遗传层。

到目前为止,科学家们还没有努力分辨出哪种酶对哪种模式负责。但在最近发表在自然通讯来自丹麦技术大学诺和诺德生物可持续性基金会中心(DTU Biosustain)的科学家们将两种细菌的特定甲基化模式与酶结合在一起。

“知道哪一种酶有什么作用,就会有很多应用。有了这些知识,你就可以用人工甲基组构建模型生物,模仿你想要引入DNA的菌株的甲基化模式。这样你可以确保“生存”介绍了DNA,”专家说,本文的第一作者TorbjørnØ激光冲徊化从导航系统Biosustain jø詹森。

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避免DNA被砍断

当科学家试图将外来DNA引入宿主生物(如细菌或酵母)时,他们经常会遇到甲基化问题。但是引入外源DNA在构建生产宿主(通常被称为细胞工厂)时至关重要。这些宿主能够生产药物、可持续的生物化学物质和食品成分等。通常情况下,宿主需要来自其他生物体的基因(DNA)来生产所需的化合物。

但通常情况下,宿主会排斥外来DNA并将其切成碎片,仅仅是因为甲基化模式揭示了该DNA是外来的。以大肠杆菌为宿主的科学家,在引入新DNA时通常不会遇到那么多问题——或者比其他细菌更少,因为大肠杆菌是众所周知的,而且相当“行为良好”。但进入不太知名的主机可能会成为一个大问题。

“在大肠杆菌以外的其他细菌中工作,当涉及到DNA转化时,你经常需要做大量的试验和错误,但这是不够的。你需要知识和工具。,你有一个系统的、合理的方式解决问题,“TorbjørnØ激光冲徊化jøJensen说。

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活性偶联酶

我们的目标是找出,哪些酶负责哪种模式。为了揭示这一点,研究人员构建了包含一种甲基转移酶的DNA环(质粒)和包含多个特定DNA模式副本的“磁带”。这些dna模式,称为基序,是甲基转移酶的目标。通过将两者结合,质粒表达的甲基转移酶将以一种特定的方式标记DNA,从而揭示酶的甲基化模式。

这是对所有甲基转移酶做的。然后,所有的质粒(在一个池中)被读取使用测序方法设计来揭示甲基。这给了研究人员一个酶-基序偶联的“库”。

根据研究小组的说法,这种快速识别甲基转移酶甲基化模式的方法对其他正在与DNA降解斗争的研究人员有很大的希望。

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评估两个工业主机

为了验证这一方法,科学家们分析了这种耐高温细菌的基因组m . thermoacetica还有细菌A. Woodii.。这两种细菌都是具有巨大工业应用潜力的宿主,并在很大程度上改变了基因组。

总的来说,这两种细菌有机体拥有23个甲基转移酶基因,但它们的基因组上只有12个不同的dna基序被修饰,这意味着并非所有的甲基转移酶都是活性的。

研究小组评估了所有23种甲基转移酶,寻找那些在基因组上活跃的甲基转移酶。对于12个基序中的11个,他们能够结合特定的甲基转移酶基因的活性。

利用这种方法,该团队希望设计出具有明确“甲基组”的宿主——这意味着生物体只携带所需的甲基转移酶,这将简化外源DNA导入非模式生物的过程。这在以新的或鲜为人知的宿主为基础构建细胞工厂,以及理解基因表达和细胞分化的调控时都是有用的。

科学论文

Ø激光冲徊化jøet al。,“甲基转移酶识别和修饰模式的全基因组系统鉴定”,自然通讯(2019)

DOI: 10.1038 / s41467 - 019 - 11179 - 9

摘要

使用单分子实时DNA测序对DNA甲基化模式进行的全基因组分析增加了公开可用的甲基化组的数量。然而,甲基化模式和相应的甲基转移酶基因的耦合缺乏工具。在这里,我们展示了一种高通量的方法耦合甲基转移酶与它们各自的基序,使用自动化克隆和分析载体的甲基转移酶携带菌株特异性盒包含所有潜在的靶位点。为了验证该方法,我们对嗜热菌的基因组进行了分析Moorella thermoacetica和嗜温性的醋酸杆菌属woodii这两种产乙酸的细菌具有大量修饰的基因组,带有12个甲基化基序和23个甲基转移酶基因。使用我们的方法,我们鉴定了23个甲基转移酶,分配了相应的酶的基序,并验证了12个基序中的11个的活性。

2的评论关于“科学家揭开DNA甲基化之谜”

  1. 非常愉快的文章将不得不做及时的研究,以看到这个信息,谢谢你

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