Mapping DNA Methylation to Methyltransferases in Microbial Communities
Author
Bøjer, Jeppe Støtt
Term
4. term
Education
Publication year
2025
Pages
55
Abstract
Across all life, the genetic code is layered with epigenetic marks—chemical tags that do not change the DNA sequence but influence how genes are used. The most common of these is DNA methylation. In bacteria, methylation helps control defenses against foreign DNA, the cell cycle, gene expression, and virulence. This modification is carried out by DNA methyltransferases (enzymes that add methyl groups), which set species- and strain-specific patterns at short DNA sequence motifs, known as methylation motifs. Recent Nanopore sequencing now allows direct detection of DNA methylation in a standard run. Despite this advance, few efforts have used Nanopore methylation calls to discover such motifs in bacteria, and none that scale to metagenomics—sequencing mixed microbial communities in a single sample. To address this, we developed Nanomotif, a fast, scalable bioinformatics tool for identifying and using methylation motifs in metagenomic samples. Its MTase-linker submodule replaces manual, non-scalable workflows with a modern, user-friendly approach that links each motif to its cognate DNA methyltransferase. In the metagenomics era, tools like this are essential for faster epigenetic profiling across entire microbial communities. Knowing motif–methyltransferase pairs can help bypass restriction–modification barriers and open new avenues to explore how methylation shapes microbial physiology and ecology.
På tværs af alt liv er den genetiske kode overlejret af epigenetiske markeringer – kemiske mærker, der ikke ændrer selve DNA-sekvensen, men påvirker, hvordan gener bruges. Den mest almindelige markering er DNA-metylering. Hos bakterier er den med til at styre forsvar mod fremmed DNA, cellecyklus, genudtryk og virulens. Metyleringen udføres af DNA-methyltransferaser (enzymer, der sætter methylgrupper), som skaber arts- og stamme-specifikke mønstre ved bestemte korte DNA-sekvenser, kaldet metyleringsmotiver. Nyere Nanopore-sekventering kan nu direkte registrere DNA-metylering i en standard sekventeringskørsel. Alligevel er der kun få forsøg på at bruge Nanopore-baserede metyleringskald til at finde sådanne motiver i bakterier, og ingen, der skalerer til metagenomik – dvs. sekventering af blandede mikrobiologiske fællesskaber i samme prøve. For at løse dette har vi udviklet Nanomotif, et hurtigt og skalerbart bioinformatisk værktøj til at identificere og udnytte metyleringsmotiver i metagenomiske prøver. Dets MTase-linker-undermodul erstatter manuelle, ikke-skalerbare arbejdsgange med et moderne, brugervenligt værktøj, der kobler hvert motiv til den tilhørende DNA-methyltransferase. I metagenomikkens tidsalder er sådanne værktøjer afgørende for hurtigere epigenetisk profilering af hele mikrobielle fællesskaber. At kende par af motiv og methyltransferase kan både hjælpe med at omgå restriktions–modifikations-barrierer og åbne nye veje til at undersøge, hvordan metylering påvirker mikrobiers fysiologi og økologi.
[This apstract has been rewritten with the help of AI based on the project's original abstract]