Эти варианты, которые могут быть измененными версиями традиционных нуклеозидов, часто помогают клеткам управлять, какие гены включены и выключены и упоминаются как «эпигенетические отметки» в ДНК. У бактерий они могут также защитить ДНК от вторжения другими организмами, такими как вирусы.До сих пор эти модификации ДНК были обнаружены случайно, поскольку ученые раскрыли неожиданные сигналы в химических исследованиях ДНК.
Однако новый подход из MIT, Флоридского университета и других учреждений предлагает систематический подход к обнаружению неизвестных эпигенетических отметок и модификаций.«Это – способ обнаружить модификации нуклеиновой кислоты, которые Вы не знали, существовал», говорит Питер Дедон, профессор Подлеска-Prescott Биологической Разработки в MIT. «Мы развивали технологическую платформу для открытия и характеристики этих новых модификаций».
Dedon и его коллеги подозревают, что у бактерий и вирусов, в частности, есть много модификаций ДНК, которые еще не были обнаружены, который мог предложить новые антибиотические цели и новые инструменты для биотехнологии. Используя их подход, который объединяет биоаналитическую химию, сравнительную геномику и специальный тип упорядочивающей ДНК, команда обнаружила модификацию ДНК, которая помогает бактериям защитить свои геномы от вирусной инфекции. Они сообщают о результатах на Слушаниях Национальной академии наук неделя от 29 февраля.
Многоплановый подходМодификации ДНК обычно вставляются ферментами в ДНК после того, как она будет синтезироваться во время клеточного деления.
Такие модификации часто используются в качестве маркеров, что помощь говорит клетку, какие гены должны быть включены в установленный срок. Модификации ДНК могут также помочь клеткам защитить свою ДНК от нападения иностранной ДНК от вирусов и других бактерий. Большее множество подобных модификаций также помогает всем типам РНК, включая РНК посыльного и передает РНК, выполняет их функции.Дедон и Валери де Креси-Лагар, преподаватель микробиологии и науки клетки во Флоридском университете, решили проявить более систематический подход к обнаружению таких модификаций.
Де Креси-Лагар ранее обнаружил многие гены, требуемые для синтеза модификаций РНК, известных как queuosine и archeosine, которые найдены в микроорганизмах и получены из названного preQ0 общего предшественника. Используя сравнительную геномику, технику для показа геномов различных организмов для вариантов определенных последовательностей ДНК, она нашла подобные гены в многократных бактериальных разновидностях, расположенных в определенном кластере генов, который содержал гены для модификации ДНК. Сравнительная геномика, одна опора платформы, таким образом дала первое представление о потенциально новой модификации ДНК.
Де Креси-Лагар и Дедон, оба ведущих автора новой бумаги PNAS, решили проверить предсказание де Креси-Лагара, что эти бактерии вставляют preQ0 в ДНК. Используя масс-спектрометрию, которая позволяет исследователям и искать неизвестные молекулы и находить тех с определенной массой, лаборатория Дедона найденный ДНК измененный с подобными preQ0 структурами, которые команда, названная dADG, у бактерий с кластером генов модификации, но не у бактерий, которые испытали недостаток в нем.
Исследователи тогда показали, что, в типах бактерий они учились, dADG модификация – часть системы обороны, которая защищает бактериальную ДНК клетки. Эти бактерии производят ферменты, названные ферментами ограничения, которые нарубили неизмененную ДНК вторгающегося вируса, например. Дедон и де Креси-Лагар теперь ищут у других бактерий различные эпигенетические функции для этих модификаций ДНК.
В сотрудничестве с Ричардом Робертсом, главным научным сотрудником в New England Biolabs, команда теперь применяет третий элемент их технологической платформы, чтобы характеризовать новую dADG модификацию – специальный вид ДНК, упорядочивающей названный единственной молекулой, в реальном времени упорядочивающий (SMRT), сделанный на машинах, сделанных Тихоокеанскими Биологическими науками. SMRT, упорядочивающий часто, улавливает сигнал, когда он сталкивается с чем-то другим, чем традиционные четыре нуклеозида.
«Есть немного отклонения в процессе, крошечная небольшая пауза, и если Вы настраиваете программное обеспечение правильно, Вы можете уловить тот сигнал и знать, где это находится в геноме», говорит Дедон. «Это позволяет Вам нанести на карту модификации ДНК через геном». Этот тип упорядочивания не показывает, какова модификация, но это точно определяет свое местоположение.
Объединяя наблюдательную власть SMRT, упорядочивающего с предсказательной силой сравнительной геномики и способности обнаружить и определить модификации, используя биоаналитику, ученые могут найти новую модификацию, выяснить то, что модификация, и узнайте ее роль.Антибиотические целиВ людях есть только несколько известных модификаций ДНК, большинство которых не было обнаружено до спустя десятилетия после того, как четыре традиционных основания ДНК были определены. «Есть ли более там?
Это – интересный вопрос», говорит Дедон. «Вероятно, нет огромного количества, но мы могли искать больше в людях».У бактерий, с другой стороны, команда полагает, что может быть еще по крайней мере дюжина модификаций, которые еще не были найдены, и еще больше в бактериофагах (вирусы, которые заражают бактерии).
Одна из важных связей между бактериальными модификациями ДНК и людьми находится у бактерий человеческого пищеварительного тракта – микробиом пищеварительного тракта. У команды теперь есть доказательства, что бактерии в микробиоме пищеварительного тракта содержат dADG, а также другую бактериальную модификацию ДНК, что они обнаружили названный phosphorothioates, и они надеются видеть, играют ли они какую-либо роль в здоровье человека и болезни.Любые новые обнаруженные модификации могли также стать полезными антибиотическими целями, особенно те, которые препятствуют тому, чтобы ферменты ограничения нарубили собственную ДНК бактерий.
Наркотики, которые запрещают фермент, который вставляет модификацию ДНК, разрушили бы систему обороны, позволив ферменту ограничения разрушить ДНК клетки – хозяина. У некоторых бактерий модификации могут также быть важными как эпигенетические отметки и таким образом антибиотические цели также.
«Много этих ферментов уникально для бактерии, и они также важны для выживания того организма, таким образом, они могли бы сделать хорошие антибиотические цели», говорит Дедон.