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AlbaTraDIS: トランスポゾン突然変異誘発実験からの大規模データセットの比較解析
AlbaTraDIS: Comparative analysis of large datasets from parallel transposon mutagenesis experiments.
PMID: 32678849 DOI: 10.1371/journal.pcbi.1007980.
抄録
バクテリアは様々な環境下で生き延びる必要がある。抗微生物の存在など、ストレスの多い環境下での生存を支えるメカニズムの遺伝的基盤については、現在のところ不完全な理解があります。トランスポゾン指向挿入サイトシーケンシング（TraDIS）は、何百万もの突然変異体の適合性を同時に測定することで、与えられた条件下での生存と適合性に関与する遺伝子とネットワークを同定するための強力なツールであり、それによって遺伝子型と表現型を関連付けることができ、細菌細胞生物学の理解に貢献しています。このアプローチの最近の改良により、条件付ストレス生存における必須遺伝子の役割を、その発現を変化させることによって推測することが可能になりました。これらの進歩とシーケンシングのコストが急速に低下していることを組み合わせることで、異なる条件に対するストレス応答の共通点を特定するために、複数の実験間での比較が可能になりました。しかし、この能力は、複数のデータセットを組み合わせて解析するという新たな課題をもたらします。このような解析ニーズに対応するため、私たちは、トランスポゾン挿入が近傍の遺伝子に与える影響を予測するTraDIS実験の大規模比較解析を迅速に行うためのソフトウェア「AlbaTraDIS」を開発しました。AlbaTraDISは、複数の条件の間でアップ／ダウンレギュレーションされたり、不活性化されたりしている遺伝子を特定することができ、フィルタリングされた遺伝子リストを作成して、実験の検証を行うことができます。我々の新しいアプローチの有用性を示すために、殺生物剤トリクロサンの濃度の異なる広い範囲で大腸菌が生存するために使用する遺伝子の同定に適用しました。AlbaTraDISでは、主要標的であるfabIを含む、特徴的なトリクロサン耐性遺伝子をすべて同定した。また、トリクロサン耐性に関与する新しい遺伝子座も多数同定されており、これらの遺伝子座について予測された表現型を実験的に検証したところ、予測と一致した結果が得られました。AlbaTraDISは、複数のトランスポゾン突然変異誘発データセットをシンプルかつ迅速に解析する方法を提供し、この技術を大規模に利用することを可能にしています。私たちの知る限りでは、これがこれらのタスクを実行できる唯一のツールです。AlbaTraDISはPython 3で書かれており、オープンソースライセンスのGNU GPL 3でhttps://github.com/quadram-institute-bioscience/albatradis から入手可能です。
Bacteria need to survive in a wide range of environments. Currently, there is an incomplete understanding of the genetic basis for mechanisms underpinning survival in stressful conditions, such as the presence of anti-microbials. Transposon directed insertion-site sequencing (TraDIS) is a powerful tool to identify genes and networks which are involved in survival and fitness under a given condition by simultaneously assaying the fitness of millions of mutants, thereby relating genotype to phenotype and contributing to an understanding of bacterial cell biology. A recent refinement of this approach allows the roles of essential genes in conditional stress survival to be inferred by altering their expression. These advancements combined with the rapidly falling costs of sequencing now allows comparisons between multiple experiments to identify commonalities in stress responses to different conditions. This capacity however poses a new challenge for analysis of multiple data sets in conjunction. To address this analysis need, we have developed 'AlbaTraDIS'; a software application for rapid large-scale comparative analysis of TraDIS experiments that predicts the impact of transposon insertions on nearby genes. AlbaTraDIS can identify genes which are up or down regulated, or inactivated, between multiple conditions, producing a filtered list of genes for further experimental validation as well as several accompanying data visualisations. We demonstrate the utility of our new approach by applying it to identify genes used by Escherichia coli to survive in a wide range of different concentrations of the biocide Triclosan. AlbaTraDIS identified all well characterised Triclosan resistance genes, including the primary target, fabI. A number of new loci were also implicated in Triclosan resistance and the predicted phenotypes for a selection of these were validated experimentally with results being consistent with predictions. AlbaTraDIS provides a simple and rapid method to analyse multiple transposon mutagenesis data sets allowing this technology to be used at large scale. To our knowledge this is the only tool currently available that can perform these tasks. AlbaTraDIS is written in Python 3 and is available under the open source licence GNU GPL 3 from https://github.com/quadram-institute-bioscience/albatradis.