4 Minutės
Senoviniai dantys išsaugo mikrobų genomus daugiau nei milijonui metų
Tarptautinė tyrėjų grupė, vadovaujama Centre for Palaeogenetics (Stockholm University ir the Swedish Museum of Natural History), atkūrė mikrobų DNR iš vilnonių ir stepinių mamutų liekanų, kurių amžius viršija milijoną metų. Publikuotas žurnale Cell, šis tyrimas yra seniausia iki šiol identifikuota su šeimininku susijusios mikrobų DNR atmaina ir suteikia retą langą į išnykusių megafaunos mikrobiomas.
Komanda analizavo mikrobų sekas iš 483 mamutų pavyzdžių, iš kurių 440 buvo sekvenuoti pirmą kartą. Tarp mėginių buvo stepinis mamutas, datuotas maždaug 1,1 milijono metų. Pasitelkę pažangias senovės DNR išgavimą, didelio pralaidumo sekvenavimą ir griežtą bioinformatinį filtravimą, mokslininkai atskyrė mikrobus, kurie greičiausiai gyveno mamutuose gyvų organizmų organizme ar ant jų, nuo tų, kurie užsikėlė ant liekanų po mirties. Projektas sujungė paleogenetiką ir mikrobų genomiką, taip išstumdamas su šeimininku susijusios DNR išsaugojimo ribas žymiai ankstesniems laikams nei anksčiau pranešta.
„Įsivaizduokite laikant milijonų metų mamuto dantį. O jei pasakyčiau, kad jis vis dar saugo senovinių mikroorganizmų pėdsakus, kurie gyveno kartu su tuo mamutu? Mūsų rezultatai perkelia mikrobų DNR tyrimus už milijono metų ribos“, sakė Benjamin Guinet, postdoktorantas ir pagrindinis autorius. „Tai atveria naujas galimybes tirti, kaip su šeimininku susiję mikroorganizmai evoliucionavo lygiagrečiai su savo šeimininkais.“
Metodai, mikrobų kilmės linijos ir rekonstruoti genomai
Tyrėjai taikė tikslinį metagenominį sekvenavimą ir užterštumui jautrius kompiuterinius paketus, kad aptiktų tikrus senovinius mikrobų signalus. Analizės atskleidė šešias mikrobų klades, kurios nuolat siejosi su mamutų audiniais laiko ir geografinės aprėpties mastu. Tarp jų yra giminaičiai Actinobacillus, Pasteurella, Streptococcus ir Erysipelothrix — gentys, šiandien žinomos dėl ryšio su šeimininku nuo komensalizmo iki ligų.
Išskirtinai komanda rekonstruojo dalinius Erysipelothrix genus iš maždaug 1,1 milijono metų seno stepinio mamuto, sukurdama seniausius įrašytus su šeimininku susijusius mikrobų genominius fragmentus. Viena Pasteurella artima linija, identifikuota tyrime, yra glaudžiai susijusi su patogenu, susijusiu su mirtinomis protrūkiais Afrikos dramblų populiacijose, kas kelia galimybę, jog panašios infekcijos galėjo paveikti mamutų populiacijas. Tačiau patogeninio poveikio atskyrimas nuo fono kolinizacijos lieka sudėtingas dėl DNR degradacijos ir ribotų klinikinių palyginimų.
„Kadangi mikroorganizmai greitai evoliucionuoja, patikimų DNR duomenų gavimas per daugiau nei milijoną metų buvo tarsi sekti taką, kuris nuolat persirašo“, sakė vyresnysis autorius Tom van der Valk. „Šie radiniai rodo, kad senovinės liekanos gali išsaugoti biologines įžvalgas gerokai už šeimininko geno ribų.“
Ekologinės ir evoliucinės implikacijos
Atraskimas, kad tam tikros mikrobų linijos egzistavo kartu su mamutais šimtus tūkstančių metų, rodo stabilias šeimininko–mikrobo sąsajas Pleistoceno ekosistemose. Šie ryšiai apėmė dideles geografinis teritorijas ir laiko skalę — nuo daugiau nei milijono metų prieš dabar iki paskutinių vilnonių mamutų Wrangel saloje maždaug prieš 4 000 metų. Nors tyrimas negali vienareikšmiškai įrodyti, kad mikroorganizmai sukėlė populiacijų mažėjimą ar išnykimą, jis pabrėžia mikrobus kaip mažai ištirtą veiksnį megafaunos sveikatai, adaptacijai ir atsparumui.
Tyrimas taip pat iliustruoja, kaip paleogenomika ir metagenomika kartu gali rekonstruoti išnykusių rūšių biologijos aspektus už branduolinės ar mitochondrinės DNR ribų, apimdamos ligų ekologiją ir mikrobų evoliuciją.
Eksperto įžvalga
Dr. Elena Ruiz, menama paleomikrobiologė iš Cambridge universiteto, komentuoja: „Mikrobų, susijusių su šeimininku, atkūrimas iš milijono metų senumo medžiagos yra techninis triumfas. Šie duomenys leidžia atsekti senovines su ligomis susijusias linijas ir klausti, ar ilgalaikė šeimininko–mikrobo koevoliucija turėjo įtakos megafaunos išlikimui. Ateities mėginių ėmimas ir eksperimentiniai darbai bus lemiami siekiant susieti mikrobų genomus su patologija ar imunitetu išnykusių gyvūnų atveju.“
Išvados
Šis tyrimas plečia senovės DNR tyrimų ribas, įrodydamas, kad su šeimininku susijusi mikrobų DNR gali išlikti daugiau nei milijoną metų. Sekvenuodami šimtus mamutų pavyzdžių ir rekonstruodami dalinius mikrobų genomus, mokslininkai atskleidė ilgai išlikusias bakterines linijas — įskaitant kandidatus, susijusius su šiuolaikiniais dramblio patogenais. Šie radiniai suteikia naujų priemonių ir klausimų paleogenetikai, mikrobų evoliucijai ir išnykusios megafaunos ekologijai, pabrėžiant mikroorganizmų vaidmenį gilijoje Žemės gyvybės istorijoje.
Šaltinis: sciencedaily
Komentarai