科学:小心！新的研究表明 高等生物中高水平的脱氧核糖核酸甲基化的大多数证据可能是由于细菌污染

2022年2月6日/Bion/-几十年来，一小批一流的医学研究人员一直在研究一种生化DNA标记系统，它可以打开或关闭基因。许多人在细菌中研究过它，现在一些人在植物、苍蝇甚至人类脑瘤中看到了它的迹象。然而，在一项新的研究中，美国西奈山伊坎医学院的研究人员发现，可能存在一个问题：高等生物中存在它的大部分证据可能是由污染引起的，但用目前的证据很难找到。相关研究成果发表在2022年2月4日的《科学》杂志上，题目为“用定量de溶出法对真核生物中DNA腺嘌呤甲基化的临界评估”。

为了解决这个问题，这些作者构建了一种量身定制的基因测序方法，该方法依赖于一种新的机器学习算法来精确测量标记脱氧核糖核酸的来源和水平。这有助于他们将细菌DNA与人类和其他非细菌细胞的DNA区分开来。虽然这些研究结果支持了这一系统可能在非细菌细胞中自然发生的观点，但其水平远低于以往的一些研究报告，且容易被污染或目前的实验方法所扭曲。对人类脑癌细胞的实验产生了类似的结果。

通信作者、西奈山科学和基因组科学学院伊坎医学院副教授方刚博士说，“突破医学研究的界限可能是一个挑战。有时候想法是如此新颖，以至于我们不得不重新思考我们用来测试它们的实验方法。在这项研究中，我们开发了一种新的方法来有效地测量各种物种和细胞类型中的这种脱氧核糖核酸标记。我们希望这将有助于科学家揭示这些过程在进化和人类疾病中可能扮演的许多角色。”

图片来自单元格，2015，doi :10.1016/j . cell . 2015 . 04 . 010

这项研究的重点是脱氧核糖核酸腺嘌呤甲基化，这是一种生化反应。它在腺嘌呤上附着一种叫做甲基的化学物质，腺嘌呤是用来构建长DNA链和编码基因的四个碱基之一。这可以“明显”激活或沉默基因，而不会实际改变DNA序列。例如，众所周知，腺嘌呤甲基化在如何抵抗病毒中起着关键作用。

几十年来，科学家认为腺嘌呤甲基化严格发生在细菌中，而人类和其他非细胞依赖不同碱基--胞嘧啶的甲基化来调节基因。然后，从2015年左右开始，这种观点发生了变化。科学家在植物、果蝇、小鼠和人类细胞中发现了高水平的腺嘌呤甲基化，表明这种反应在整个进化过程中发挥了更广泛的作用。

然而，进行这些初步实验的作者面临着艰难的权衡。有些人使用的技术可以精确测量任何细胞类型腺嘌呤的甲基化水平，但没有能力识别每个DNA片段来自哪个细胞，而另一些人则依靠可以发现不同细胞类型甲基化的方法，但可能高估了反应水平。

在这项新的研究中，方博士的团队开发了一种叫做6mASCOPE的方法来克服这些权衡。在这种方法中，从组织或细胞样本中提取脱氧核糖核酸，称为酶的蛋白质被切割成短链。这些短链被放在微小的孔中，用酶处理以制造每条链的新拷贝。然后，高级序列发生器实时测量每个碱基加入新链的速率。甲基化腺嘌呤会稍微延迟这个过程。然后，这些结果被输入到机器学习算法中，根据该算法，作者训练该算法从这些测序数据中估计甲基化水平。

方博士说，“这些DNA序列使我们能够确定哪些细胞——人类细胞或细胞——发生甲基化，这种机器学习模型定量地确定了每个物种的甲基化水平。”

对简单单细胞生物(如绿藻)的初步实验表明，6mASCOPE方法是有效的，因为它可以检测腺嘌呤甲基化水平高的两种生物之间的差异。

这种方法似乎也能有效地定量测定复杂生物中的腺嘌呤甲基化。例如，先前的研究表明，高水平的甲基化可能在果蝇和开花杂草拟南芥的早期生长中起作用。在这项新的研究中，作者发现这些高水平的甲基化主要是由污染的脱氧核糖核酸引起的。事实上，这些实验中果蝇和植物的DNA只有轻微的甲基化。

同样，对人类细胞的实验表明，无论是在健康还是疾病情况下，脱氧核糖核酸甲基化的水平都非常低。从患者血液样本中获得的免疫细胞的DNA只是轻微甲基化。

从胶质母细胞瘤样本中分离出的DNA也发现了类似的结果。这一结果与之前的一项研究不同，该研究指出肿瘤细胞中腺嘌呤的甲基化水平要高得多。然而，正如这些作者指出的，可能需要更多的研究来确定这种差异在多大程度上可能是由于亚型差异和其他潜在的甲基化来源。

最后，这些作者发现，质粒DNA作为科学家经常用来操纵基因的工具，可能会受到高水平甲基化的污染，这表明这种DNA可能是未来实验中的污染源。

方博士说：“我们的结果表明，腺嘌呤甲基化的测量方式可能会对实验结果产生深远的影响。我们并不打算排除某些人体组织或疾病亚型可能存在高度丰富的DNA腺嘌呤甲基化的可能性，但我们确实希望6mASCOPE能够帮助科学家充分研究这个问题，消除污染带来的偏差。为了帮助做到这一点，我们向其他研究人员广泛提供了6mASCOPE分析和详细的操作手册。”(100yiyao.com 100医疗网)