4 Minuten
Senoviniai dantys saugo mikrobių genomus daugiau nei milijoną metų
Tarptautinė tyrėjų komanda, vadovaujama Paleogenetikos centro (Stokholmo universitetas ir Švedijos gamtos istorijos muziejus), atkūrė mikrobinę DNR iš vilnonių ir stepinių mamutų liekanų, kuri datuojama daugiau nei prieš milijoną metų. Straipsnis, paskelbtas žurnale Cell, pristato seniausią iki šiol identifikuotą šeimininkui priskiriamą mikrobinę DNR ir suteikia retą galimybę pažvelgti į išnykusių megafaunos atstovų mikrobiomas.
Tyrėjai išanalizavo mikrobinės sekų duomenis iš 483 mamutų eksponatų, iš kurių 440 buvo išanalizuoti pirmą kartą. Tarp mėginių buvo ir stepinis mamutas, datuojamas maždaug prieš 1,1 milijono metų. Panaudojus pažangias senovinės DNR išskyrimo technologijas, didelio pralaidumo sekoskaitą ir griežtus bioinformatinius filtrus, tyrėjai atskyrė mikrobus, kurie tikėtina gyveno gyvuose mamutuose arba ant jų, nuo tų, kurie kolonizavo liekanas po mirties. Projektas sujungė paleogenetiką ir mikrobų genomiką, taip gerokai pristumiant šeimininkui priskiriamos DNR išlikimo ribas toliau nei anksčiau buvo žinoma.
„Įsivaizduokite, kad laikote milijoną metų senumo mamuto dantį. O jei pasakyčiau, kad jis vis dar neša žymes senovinių mikroorganizmų, kurie gyveno kartu su tuo mamutu? Mūsų rezultatai perkėlė mikrobinės DNR tyrimus už milijono metų ribos,“ sakė Benjamin Guinet, postdoktorantas ir pagrindinis autorius. „Tai atveria naujas galimybes tirti, kaip šeimininkui priskiriami mikrobai evoliucionavo lygiagrečiai su savo šeimininkais.“
Metodai, mikrobų linijos ir atkurti genomai
Tyrėjai taikė taikytos metagenominės sekoskaitos metodikas ir užterštumui jautrias skaitmenines analizės gaires, kad aptiktų autentiškus senovinius mikrobinės kilmės signalus. Analizės atskleidė šešias mikrobinio kilmės grupes, kurios pasikartojančiai siejosi su mamutų audiniais laikui bėgant ir skirtingose geografinėse vietovėse. Tarp jų – santykiai su Actinobacillus, Pasteurella, Streptococcus ir Erysipelothrix – gentys, kurios šiandien žinomos dėl ryšio su šeimininkais, nuo komensalizmo iki ligų sukėlimo.
Ypatingai svarbu, kad tyrėjai atkūrė dalinius Erysipelothrix genomus iš maždaug 1,1 milijono metų senumo stepinio mamuto, taip pateikdami seniausius įrašytus šeimininkui priskiriamų mikrobinų genominius fragmentus. Viena Pasteurella artima linija, aptikta tyrime, yra glaudžiai susijusi su patogenu, susijusiu su žūtingais protrūkiais tarp Afrikos dramblių, todėl kyla galimybė, kad panašios infekcijos galėjo paveikti ir mamutų populiacijas. Tačiau atskirti ligos poveikį nuo įprastos kolonizacijos išlieka sudėtinga dėl DNR degraduotumo ir ribotų klinikinių palyginimų.
„Kadangi mikrobai evoliucionuoja greitai, patikimų DNR duomenų gavimas per daugiau nei milijoną metų buvo tarsi sekti pėdsaką, kuris nuolat persirašinėjo,“ teigė vyresnysis autorius Tom van der Valk. „Šie radiniai parodo, kad senovinės liekanos gali išsaugoti biologinę informaciją daug toliau už šeimininko genomo.“
Ekologinės ir evoliucinės pasekmės
Atrasta, kad tam tikros mikrobų linijos egzistavo kartu su mamutais šimtus tūkstančių metų, rodo stabilius šeimininko–mikrobo ryšius Pleistoceno ekosistemose. Šios sąsajos apėmė didelius geografinės aprėpties ir laiko intervalus – nuo daugiau nei milijono metų iki paskutinių vilnonųjų mamutų Wrangel saloje maždaug prieš 4 000 metų. Nors tyrimas negali kategoriškai įrodyti, kad mikrobai lėmė populiacijų mažėjimą ar išnykimą, jis pabrėžia mikrobus kaip mažai ištirtą veiksnį, galėjusį įtakoti megafaunos sveikatą, prisitaikymą ir atsparumą.
Tyrimas taip pat iliustruoja, kaip kartu taikant paleogenomiką ir metagenomiką galima atkurti išnykusių rūšių biologijos aspektus už branduolio ar mitochondrijų DNR ribų, įskaitant ligų ekologiją ir mikrobų evoliuciją.
Ekspertų įžvalga
Dr. Elena Ruiz, fiktyvi paleomikrobiologė iš Kembridžo universiteto, komentuoja: „Atkasti šeimininkui priskiriami mikrobai iš milijono metų senumo medžiagos yra techninis pasiekimas. Šie duomenys leidžia sekti senovines su ligomis susijusias linijas ir kelti klausimą, ar ilgalaikė šeimininko–mikrobo koevoliucija galėjo paveikti megafaunos išlikimą. Ateities mėginių ėmimas ir eksperimentiniai tyrimai bus svarbūs, kad susietume mikrobų genus su patologija ar imunitetu išnykusiems gyvūnams.“
Išvados
Šis tyrimas plečia senovinės DNR tyrimų ribas, parodydamas, kad šeimininkui priskiriama mikrobų DNR gali išlikti daugiau nei milijoną metų. Sekvenavus šimtus mamutų pavyzdžių ir atkūrus dalinius mikrobų genomus, tyrėjai aptiko ilgai išlikusias bakterijų linijas – įskaitant kandidatus, susijusius su šiuolaikiniais dramblio patogenais. Šie radiniai suteikia naujus įrankius ir klausimus paleogenetikai, mikrobų evoliucijai ir išnykusios megafaunos ekologijai, pabrėžiant mikrobų vaidmenį gilioje Žemės biologijos istorijoje.
Quelle: sciencedaily
Kommentare