三代原核甲基化在痤疮杆菌噬菌体表观遗传印迹中的工程选择性研究

痤疮表皮杆菌（Cutibacterium acnes，C.acnes）是一种革兰氏阳性细菌，是人类皮肤微生物组成员。尽管是丰富的皮肤共生体，但某些成员与常见的炎症性疾病（如痤疮）有关。各种C.acnes分支的完整基因组序列可以鉴定推定的甲基转移酶，其中一些可能属于保护入侵DNA宿主的限制性修饰（restriction-modification，R-M）系统。然而，关于这些系统是否在不同的C.acnes菌株中发挥作用，目前知之甚少。

该研究以痤疮表皮杆菌(C. acnes)为对象，通过Oxford Nanopore Technologies（ONT）测序分析了六种代表性痤疮C.acnes菌株的甲基化水平。揭示了C. acnes KPA171202的R-M系统IIIB影响PAD20噬菌体感染特性并保护细菌免于裂解。

细菌有多种对噬菌体感染的防御机制。其中一种防御机制是对自身DNA进行修饰，以区分自体或非自体。对皮肤细菌C. acnes菌株将修饰引入自己基因组的能力进行分析，发现其中一种菌株能够做到这一点。分析结果表明，自身DNA无修饰的细菌会被噬菌体强感染，而修饰后的细菌对感染具有免疫力。皮肤重某些痤疮C. acnes菌株的成分高度多样化，某些菌株的丰度变化会导致疾病。例如，抗生素的使用通常会杀死细菌，无论其菌株类型如何，因此不能保护人类与其微生物组的共生关系。因此本研究检测是否可以通过使噬菌体仅针对没有能力修饰自身DNA的菌株来选择性地杀死特定的菌株亚群。结果表明，随着时间的推移，可以调控菌株组成，挽救具有有益性状的菌株，同时减少引发痤疮的菌株。

为了研究假定的R-M活性及其在宿主保护机制中的相关性，本研究通过三代原核甲基化ONT测序（ONT）测序分析了六种代表性痤疮杆菌菌株的甲基化图谱。在菌株KPA171202中检测到在确定的DNA共有序列上6-甲基腺嘌呤（6mA）修饰，且该R-M系统的重组表达证实了其甲基化活性。而R-M敲除突变体验证了该菌株甲基化特性的缺失。此外还研究了C. acnes噬菌体（PAD20）杀死各种痤疮表皮杆菌（C. acnes）菌株的潜力，并将其特异性的增加与甲基化活性菌株感染后获得的噬菌体DNA甲基化联系起来。研究证明了在R-M缺失菌株中繁殖的噬菌体选择性地杀死R-M缺失痤疮敏感分支，而益生菌维持对噬菌体感染抗性。