7 Minute
Microbi antici păstrați în rămășițele mamutului
O echipă internațională condusă de Centre for Palaeogenetics a recuperat ADN microbian din rămășițele mamutului lânos și ale mamutului de stepă, datând de peste un milion de ani. Studiul — raportat în Cell — reprezintă unele dintre cele mai vechi ADN-uri microbiene asociate gazdei recuperate vreodată și deschide o nouă fereastră asupra interacțiunilor pe termen lung dintre megafauna pleistocenă și comunitățile lor microbiene. Cercetătorii au ecranat 483 de exemplare de mamut, dintre care 440 nu fuseseră secvențiate anterior, și au aplicat instrumente genomice și bioinformatice avansate pentru a separa microbii care trăiau cu mamuții de cei care le-au colonizat rămășițele după moarte.
Metode: autentificarea semnalelor microbiene din timpuri îndepărtate
Echipa a combinat secvențierea de mare viteză, analiza modelelor de degradare și controale stricte pentru contaminare pentru a distinge microbii antici asociați gazdei de contaminanții moderni de mediu. Probe au inclus dinți, colți și fragmente osoase din multiple regiuni geografice și perioade, cu un exemplar deosebit datând aproximativ 1,1 milioane de ani provenind de la un mamut de stepă. Munca de laborator a urmat protocoale stricte pentru ADN antic: facilități dedicate de cameră curată, controale negative și filtre bioinformatice care identifică fragmentarea caracteristică și substituțiile citosină-timină indicativă pentru ADN degradat și antic.
Abordările bioinformatice au ajutat, de asemenea, la separarea secvențelor de ADN în grupuri care probabil provin din microbiomul viu al fiecărui animal, față de cele care au ajuns în material după înmormântare. Această distincție se bazează pe modele taxonomice consistente între indivizi, semnături de conservare și comparații cu rude moderne. Prin combinarea acestor linii de evidență, cercetătorii au reconstruit genomuri microbiene parțiale și au stabilit că anumite linii au persistat la mamuți pe parcursul a sute de mii de ani.
Descoperiri cheie: linii microbiene persistente și posibili agenți patogeni
În întregul set de date, autorii au identificat șase clade microbiene asociate în mod repetat cu rămășițele mamutului. Acestea includ rude ale genurilor Actinobacillus, Pasteurella, Streptococcus și Erysipelothrix — genuri care astăzi includ atât comensali inofensivi, cât și tulpini patogene. Un bacterium asemănător cu Pasteurella găsit în studiu este strâns înrudit cu un agent patogen care a provocat focare letale la elefanții africani moderni, sugerând posibilitatea ca mamuții să fi avut susceptibilitate la infecții similare.
Într-o realizare de referință, cercetătorii au reconstruit porțiuni dintr-un genom de Erysipelothrix din mamutul de stepă datat la ~1,1 milioane de ani. Aceasta constituie cel mai vechi ADN microbian asociat gazdei autentificat până în prezent și demonstrează că, în condiții favorabile, genomurile microbiene pot supraviețui mult dincolo de fereastra de conservare a genomului gazdei. Descoperirea extinde orizontul temporal pentru studiul relațiilor gazdă-microbă antice și al ecologiei patogenice din trecut.
Context științific și implicații
Microbii asociați gazdei evoluează rapid în raport cu gazdele lor multicelulare mari; astfel, recuperarea genomurilor lor din timpuri îndepărtate oferă o modalitate de a studia evoluția microbiană și dinamica gazdă-patogen pe scale evolutive. Aceste rezultate sugerează că anumite linii microbiene au coexistat cu mamuții pe arii geografice extinse și pe durate lungi, de la mai bine de un milion de ani în urmă până la supraviețuirea târzie a mamutilor lănoși pe insula Wrangel, acum aproximativ 4.000 de ani.
Tom van der Valk, autor principal al studiului, subliniază că rămășițele antice pot păstra informații biologice dincolo de genomul gazdei și că aceste arhive microbiene oferă perspective noi asupra felului în care microbii au influențat adaptarea, boala și extincția în ecosistemele pleistocene. În același timp, autorii avertizează că degradarea ADN-ului, biaisul indus de degradare și bazele de date comparative limitate fac dificilă determinarea exactă a impactului acestor microbe asupra sănătății mamutilor cu deplină încredere.
Limitări și precauții
Studiile asupra ADN-ului microbian antic se confruntă cu provocări unice: ADN-ul microbian este mai scurt și mai predispus la contaminare decât ADN-ul vertebratelor, rudele moderne sunt adesea slab reprezentate în bazele de referință, iar procesele tafonomice pot introduce specii de mediu în materialul fosil. Cercetătorii combină mai multe criterii de autentificare pentru a atenua aceste probleme, dar lucrări suplimentare — în special extinderea genomurilor de referință pentru microbii faunei sălbatice — vor întări interpretările.
Tehnologii și perspective viitoare
Progresele în tehnologia de secvențiere, asamblarea metagenomică și clasificarea prin machine learning au fost cruciale pentru acest studiu. Pe măsură ce bazele de date pentru genomurile microbiene cresc și metodele computaționale se îmbunătățesc, paleomicrobiologia va putea reconstrui mai bine comunitățile microbiene antice, estima rate evolutive și identifica gene asociate virulenței sau specificității față de gazdă. Considerații etice și practice vor însoți orice încercare de a sintetiza sau caracteriza funcțional microbii antici; valoarea principală a acestor descoperiri constă în înțelegerea evoluției, ecologiei și dinamicii bolilor, mai degrabă decât în reîntoarcerea la viață a speciilor dispărute.
Aplicații dincolo de paleontologie
Reconstruirea microbilor antici informează biologia conservării moderne, clarificând repere istorice pentru microbiomele asociate gazdei și lăsând lumină asupra evoluției patogenilor la rude apropiate ale speciilor dispărute, precum elefanții africani și asiatici. Perspectivele asupra interacțiunilor gazdă-patogen din trecut pot ajuta specialiștii în sănătatea veterinară și a faunei să evalueze dinamici de boală pe termen lung și riscuri potențiale pentru speciile pe cale de dispariție.
Expert Insight
Dr. Elena Rossi, o microbiologă evoluționistă fictivă la Institute for Ancient Genomics, comentează: "Recuperarea ADN-ului microbian de peste un milion de ani este o bornă tehnică și conceptuală. Schimbă întrebările pe care le putem pune despre co-evoluție — trecând de la instantanee la serii temporale care dezvăluie cum au evoluat comunitățile microbiene pe măsură ce gazdele s-au adaptat la schimbările climatice și de peisaj. Această muncă mai subliniază necesitatea unor baze de date microbiene mai bogate pentru a interpreta semnalele antice cu mai multă precizie."
Direcții viitoare
Următorii pași vor include îmbogățirea țintită a genomurilor candidate de patogeni, eșantionare geografică mai largă a rămășițelor megafaunei și studii comparative cu elefanții vii și alți proboscidieni. Cercetătorii vor urmări, de asemenea, metode îmbunătățite pentru autentificarea și asamblarea genomurilor microbiene degradate și pentru a corela gene microbiene specifice cu trăsături precum rezistența la antibiotice sau virulența. Colaborările interdisciplinare — combinând paleogenomică, microbiologie, ecologie și medicină veterinară — vor fi esențiale pentru a realiza potențialul deplin al cercetării microbiomului din timpuri îndepărtate.
Concluzie
Recuperarea ADN-ului microbian din rămășițele mamutului, datând de peste un milion de ani, demonstrează că materialele fosile pot păstra urme ale microbilor care trăiau alături de animale dispărute. Identificarea cladelor microbiene persistente — inclusiv potențiali agenți patogeni — oferă o fereastră unică asupra co-evoluției gazdă-microbă în Pleistocen și sugerează noi direcții pentru studiul bolilor, adaptării și extincției. Deși rămân provocări tehnice și interpretative, acest studiu marchează un avans major pentru paleomicrobiologie și lărgește înțelegerea noastră asupra modului în care microbii au modelat istoria vieții pe Pământ.
Sursa: scitechdaily
Comentarii