NM | 房刚团队发现 DNA 甲基化对于艰难梭菌孢子形成具有重要意义

艰难梭菌是临床常见致病菌之一，尤其是老年住院患者，因艰难梭菌感染导致的并发症发病率和致死率都日益增多。

特别是该菌可以形成孢子，对外界恶劣环境的耐受性显著提高，可成为潜在的致病源。

虽然对艰难梭菌孢子的形成已经有广泛研究，但更多的是聚焦于基因组 DNA，从序列的角度来探究孢子形成的调控机制。

近期，纽约西奈山医学院房刚团队在 Nature Microbiology 发表最新研究《Epigenomic characterization of Clostridioides difficile finds a conserved DNA methyltransferase that mediates sporulation and pathogenesis》，研究表明，艰难梭菌的 DNA 甲基化对于孢子的形成以及该菌的致病性，都有重要意义。

图片来源：Nature Microbiology

实验思路

首先，从重症监护选择 36 个病人，对从其体内分离的艰难梭菌样本进行基因组和 DNA 甲基化组测序分析。

在所有样本中都发现了一个相同的 DNA 甲基化酶（CamA），而在 GenBank 上检索发现，约 300 个艰难梭菌菌株基因组中均含有此高度保守的 CamA。

该结果意味着 CamA 在艰难梭菌的生活史中起到重要作用。该研究团队结合前期工作，发现 CamA 对艰难梭菌的孢子形成起关键作用。

图片来源：Nature Microbiology

随后，科研人员发现，在体外实验中，如果 CamA 所对应的 DNA 甲基化丢失，艰难梭菌将减少一半的孢子形成；而在老鼠体内实验中，该 DNA 甲基化丢失会减少约为 100 倍的孢子形成。

实验结果表明，在动物实验中，CamA 所对应的 DNA 甲基化丢失会显著减弱孢子形成。

图片来源：Nature Microbiology

为了进一步确定 CamA 的调控机制，科研人员采用多时间点转录组分析，发现 CamA 主要在艰难梭菌孢子形成的前 9 小时进行调控，发挥关键作用，在此阶段转录因子 SigE 和 SigF 发挥介导作用。

同时，作者进一步发现，CamA 也会影响艰难梭菌生物膜的形成和细胞的形态。说明 CamA 的高度保守性在艰难梭菌整个生活史及致病力方面都有重要意义。

细菌的表观遗传

表观遗传学在基因调控中的作用非常重要，目前，该领域主要聚焦于其在真核生物中所起的作用。

自从发现细菌 DNA 甲基化后，人们逐渐意识到，表观遗传在细菌的生命形态发展和功能方面发挥重要作用。

前期的研究因为受限于技术原因，进展缓慢。但随着第三代单分子实时测序技术的使用，该领域在细菌表观遗传学方面有了更多的新发现。

例如发生在细菌腺嘌呤的 DNA 甲基化，可以调控大肠杆菌 1000 多个基因的转录水平。该甲基化对于细菌的生长周期，碱基修复，基因表达，药物耐受，宿主互动等方面，都至关重要。

据不完全统计，近些年有上千种细菌的表观遗传组被报道。而随着新一代基因技术的发展，对于细菌的表观遗传学的研究和功能分析，也必将更加成熟。

去年，房刚课题组也在 Nature Reviews Genetics 上发表综述，介绍了表观遗传学在细菌中的重要功能，尤其是在致病菌中的作用机制。同时，详细总结了最新的技术在细菌表观遗传学领域的应用。

本研究的意义

对于本文介绍的研究来说，首次分析了 DNA 甲基化对于艰难梭菌致病毒力的影响。特别是发现了 CamA 的高度保守性和其在致病性当中的重要作用。

对于常规治疗方案，使用抗生素杀灭致病菌的同时，会对体内的有益菌群造成伤害，这将会导致艰难梭菌更容易趁虚而入，反复致病。

而本文发现的 CamA 在艰难梭菌中具有专属性，意味着 CamA 或将成为艰难梭菌治疗的新靶点。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41564-019-0613-4