表观遗传模式的见解可能导致人工甲基化构建宿

作者：杨超月

将表观遗传学特征与表观遗传酶相匹配比将John Hancock的签名与John Hancock匹配要困难得多。但是，丹麦技术大学的科学家完成了签名分析的表观遗传学等价物。

根据科学家们的观点，将DNA甲基化模式(一种表观遗传基序)与DNA甲基转移酶相匹配，可以让科学家了解表达宿主如何接受非天然DNA序列上的甲基组学特征 - 或者拒绝它们作为伪造品。更重要的是，系统地应用科学家的研究结果可以简化生产宿主或包含重组基因组的细胞工厂的发展。如果生产宿主可以被设计为携带精选的甲基化组，那么它们将更容易接受非天然DNA，特别是甲基化相容的非天然DNA。

丹麦技术大学研究员TorbjørnØlshøjJensen说：“在大肠杆菌以外的其他细菌中工作时，DNA转化通常需要进行大量的反复试验，但这还不够好。” “你需要知识和工具。有了这个，你就可以通过系统而合理的方式解决问题。“

Jensen是一篇文章的第一作者(“ 全基因组系统鉴定甲基转移酶识别和修饰模式 ”)，该文章于8月19日刊登在Nature Communications杂志上。本文介绍了MetMap，一种高通量方法，用于实验证明甲基转移酶的DNA修饰特异性。该方法允许科学家将酶与两种细菌中的特定甲基化模式偶联。

“[我们使用]自动克隆和[分析]甲基转移酶载体携带含有所有潜在靶位点的菌株特异性盒，”该文章的作者写道。“为了验证该方法，我们分析了嗜热菌Moorella thermoacetica和嗜温杆菌Acetobacterium woodii的基因组，两种产乙酸细菌具有基本上修饰的基因组，具有12个甲基化基序和总共23个甲基转移酶基因。

基本上，科学家们构建了含有甲基转移酶和盒子的质粒，这些质粒含有多个某些DNA模式的拷贝。这些称为基序的DNA模式是甲基转移酶的靶标。通过偶联这两者，质粒表达的甲基转移酶将以特定方式标记DNA，从而揭示酶的甲基化模式。

这是针对所有甲基转移酶进行的。然后，使用设计用于揭示甲基的测序方法读取所有质粒(在库中)。这为研究人员提供了酶 - 基序偶联的文库。

为了验证该方法，科学家分析了宿主细菌的基因组。顺便提一下，这两种细菌都是具有巨大工业应用潜力和基本上修饰的基因组的宿主。

总的来说，这两种细菌有机体含有23个甲基转移酶基因，但只显示其基因组上12个不同DNA基序的修饰，这意味着并非所有甲基转移酶都具有活性。

“使用我们的方法，” Nature Communications的文章指出，“我们对23种甲基转移酶进行了表征，为各种酶指定了基序，并验证了12种基序中的11种的活性。”也就是说，对于12种基序中的11种，科学家们是能够将活性与特定的甲基转移酶基因偶联。

该方法可以让科学家设计出具有明确的甲基化组的宿主 - 这意味着该生物体只需要甲基转移酶，这将有助于将外源DNA引入非模式生物体。这在基于新的或较少知道的宿主构建细胞工厂时以及在试图理解基因表达和细胞分化的调节时都是有用的。

“知道哪种酶对许多应用开辟了什么，”Jensen断言。“有了这些知识，你就可以用人工甲基化组织构建模式生物，模仿你想要引入DNA的菌株的甲基化模式。通过这种方式，您可以确保引入DNA的“存活”。“

所有物种都用甲基标记它们的DNA。这样做是为了调节基因表达，区分本地DNA与外源DNA，或在复制过程中标记旧的DNA链。甲基化通过甲基转移酶进行，甲基转移酶以某些模式用甲基基团修饰DNA以在DNA顶部产生表观遗传层。

科学家在尝试将外源DNA引入宿主生物体(例如细菌或酵母)时经常遇到甲基化问题。但是，在建立能够生产药品，可持续生物化学品和食品成分的生产主机时，引入外源DNA至关重要。通常，宿主需要来自其他生物的基因来产生所寻求的化合物。

但就像往常一样，宿主会拒绝外来DNA并将其切成碎片，因为甲基化模式显示DNA是外来的。以大肠杆菌为宿主的科学家在引入新DNA时通常没有那么多问题 - 或者说比其他人少 - 因为大肠杆菌是众所周知的而且“表现得很好”。但是进入鲜为人知的宿主可以成为一个很大的问题。

在目前的研究中，使用的两种细菌菌株在生长温度和密码子使用方面都远离表达宿主大肠杆菌。这些菌株是专门为证明所开发方法的稳健性而选择的，是具有稀缺产品谱的耗气细菌，使其成为生物化学品生产的非常有趣的宿主。