艰难梭菌为何如何难治？PacBio测序提供线索

　　

艰难梭菌（Clostridioides difficile）是最常见的医院感染之一，每年造成50万例感染和3万例死亡。人体正常肠道菌群遭到破坏后，艰难梭菌会定植于肠道。这种病原体为何如此顽强？科学家也想找出背后的原因。

美国西奈山医学院的研究人员近日通过研究艰难梭菌的表观遗传学信息，发现了一个重要的新线索。Pedro H. Oliveira、Gang Fang及其同事利用PacBio SMRT测序和比较表观基因组学，绘制了36个艰难梭菌分离株的DNA甲基化组。

研究人员发现，尽管各个艰难梭菌分离株存在明显的表观基因组多样性，但他们注意到一种甲基转移酶（MTase）在所有分离株中均高度保守。这种称为camA的甲基转移酶有着一个共同的甲基化motif – CAAAAA，其N6位置的最后一个腺嘌呤甲基化，即6mA。这项成果发表在《Nature Microbiology》杂志上。

“尽管样本量很小，但我很想知道这种甲基化模式在艰难梭菌中是否保守，以及是否在调节生理过程中起到重要作用，”Fang在“论文背后”专题中写道。

接下来的问题是，这种甲基转移酶如何起作用？西奈山医学院的团队与塔夫茨大学的Aimee Shen和北卡罗来纳大学的Rita Tamayo等人合作，开展了一些体外和体内研究。

他们发现，编码这种甲基转移酶的基因若失活，就会影响孢子的形成，这是艰难梭菌传播以及在肠道内长期存在的关键一步。“后续的实验表明，DNA甲基化还可以调控艰难梭菌的细胞长度、宿主定植和生物膜形成，”作者写道。

这一发现可能会对转化医学产生直接的影响。camA在所有艰难梭菌基因组中都是保守的，这使其有望成为高度特异的药物靶点。此外，甲基转移酶似乎并不影响艰难梭菌的总体适应性，因此专门针对它的药物也可能具有较低的耐药性。

作者总结道：“这些研究结果从独特的表观遗传学维度鉴定了这种重要病原体的医学相关生物学过程。”此项目是西奈山病原体监测计划（Mount Sinai Pathogen Surveillance Program）的一部分。

作者特别指出，随着PacBio单分子实时测序技术的出现，这种高分辨率的细菌DNA甲基化定位才成为可能。“这种技术实现了第一个细菌甲基化组的鉴定。自那时以来已经绘制了2,200多个图谱，这预示着细菌表观基因组新时代的到来，”他们补充说。（生物通 薄荷）

原文检索

Oliveira, P.H., Ribis, J.W., Garrett, E.M. et al. Epigenomic characterization of Clostridioides difficile finds a conserved DNA methyltransferase that mediates sporulation and pathogenesis. Nat Microbiol 5, 166–180 (2020) doi:10.1038/s41564-019-0613-4