La méthylation de l’ADN est un processus biologique par lequel des groupes méthyle sont ajoutés à l’ADN (matériel génétique). Il est utilisé comme stratégie épigénétique, c’est-à-dire non génétique, par les procaryotes pour remplir un éventail de fonctions telles que la régulation, la réparation et la protection des gènes contre l’invasion virale à l’aide de systèmes de restriction-modification (RM), qui fonctionnent comme des systèmes immunitaires procaryotes.
Jusqu’à récemment, les études liées à la méthylation de l’ADN se limitaient aux micro-organismes pouvant être cultivés en laboratoire. Cela a conduit à une mauvaise compréhension de son rôle dans l’écologie microbienne. Il est donc essentiel de mener des études épigénétiques à l’échelle du génome des microbes environnementaux, en particulier ceux qui ne peuvent pas être cultivés en laboratoire, mais qui ne se développent que dans des conditions naturelles.
À cette fin, une équipe de chercheurs dirigée par le professeur Woo Jun Sul de l’Université Chung-Ang et le Dr Hoon Je Seong (actuellement de Macrogen Inc.), en Corée du Sud, a exploré les différences dans les schémas de méthylation de l’ADN entre différents membres de l’océan microbien. communautés du nord-ouest de l’océan Pacifique.
Leur étude a été publiée dans Microbiote.
« [The] Le projet approfondi de méthylation de l’ADN n’a commencé qu’en 2014, avec la sortie de séquenceurs à lecture longue. Cela a éveillé notre curiosité et nous avons voulu l’appliquer à l’écologie microbienne. Par conséquent, nous avons utilisé une approche métagénomique pour explorer la méthylation de l’ADN dans une communauté plutôt qu’au niveau d’un organisme », explique le professeur Sul tout en discutant de la motivation derrière leur étude.
L’agitation a commencé en 2015, lorsque le projet à grande échelle Shipborne Pole-to-Pole Observations (SHIPPO) a été lancé par l’Institut coréen de recherche polaire. Il s’agissait de filtrer les micro-organismes des échantillons de surface de l’océan dans 10 stations différentes du nord-ouest du Pacifique à la mer de Béring.
L’équipe a extrait l’ADN de ces spécimens capturés et a utilisé des séquenceurs à lecture courte et longue pour effectuer le séquençage métagénomique. Ces séquences ont ensuite été alignées à l’aide d’une analyse informatique pour générer des génomes massifs 15 056 viraux (v), 252 procaryotes (pro), 56 viraux géants (gv) et 6 eucaryotes (eu) métagénomes assemblés (MAG).
Après d’autres analyses, l’équipe a été surprise de constater que près de 95 % des proMAG séquencés appartenaient à de nouveaux taxons qui ne pouvaient pas être classés à l’aide des bases de données génomiques existantes. « Cette découverte démontre clairement le potentiel de cette technique et comment elle pourrait fournir de nouvelles informations sur les génomes des microbes océaniques non cultivables », explique le professeur Sul.
Ensuite, l’équipe a utilisé cette approche pour explorer la diversité des classes d’enzymes ADN méthyltransférase (MTase) exprimées par les génomes identifiés dans la base de données SHIPPO.
Ils ont découvert que la MTase II était la classe la plus courante de MTase exprimée dans ces organismes. Fait intéressant, la plupart des proMAG manquaient de systèmes RM complets en raison de l’absence d’enzymes de restriction. De plus, l’identification de motifs méthylés à travers le microbiome océanique a révélé des schémas de méthylation de l’ADN uniques, qui ont finalement conduit à la découverte d’un profil de méthylation distinct chez les alphaprotéobactéries.
Ensuite, l’équipe a utilisé le séquençage en temps réel d’une seule molécule (SMRT) pour observer les schémas de méthylation chez Pelagibacter. Ils ont découvert une hétérogénéité dans le profil de méthylation des bactéries même au « niveau de la souche ». Cela implique que des événements cellulaires dynamiques se produisent au sein de Pelagibacter dans les eaux de surface du nord-ouest de l’océan Pacifique.
Une analyse comparative des génomes bactériens et viraux a également fourni des indices sur leurs schémas évolutifs et leurs interactions. L’équipe a découvert la présence de schémas de méthylation inégaux dans le Cand. P. Giovannoni NP1, suggérant des mécanismes de défense potentiels utilisés par cette bactérie.
Ces découvertes ont déjà ouvert la voie à une nouvelle ère de la méta-épigénomique, qui mesure directement la méthylation dans les microbes environnementaux. Le potentiel d’étudier l’épigénome de divers organismes à la fois est considérable.
Le professeur Sul déclare : « Parallèlement aux études visant à identifier les schémas de méthylation des souches présentant une pathogénicité réelle, notre étude aide également à découvrir des cibles candidates pour prévenir la pathogénicité dans l’environnement. Cela peut être d’une immense importance pour les systèmes de santé publique mondiaux en détectant les signaux pathogènes qui menacer la santé humaine. »
Plus d’information:
Hoon Je Seong et al, les modèles de méthylation de l’ADN marin sont associés à la composition de la communauté microbienne et informent la dynamique virus-hôte, Microbiote (2022). DOI : 10.1186/s40168-022-01340-w
Fourni par l’Université Chung Ang