Genomele virale antice smulse din ghețari dezvăluie modul în care agenții patogeni s-au adaptat la schimbările climatice ale Pământului

Pe măsură ce oamenii modifică clima și ecosistemele planetei, oamenii de știință se uită la istoria Pământului pentru a ajuta la prezicerea a ceea ce se poate întâmpla din schimbările climatice. În acest scop, structurile masive de gheață cum ar fi ghetarii servi ca congelatoarele naturiiarhivând înregistrări detaliate ale climatelor și ecosistemelor din trecut, inclusiv viruși.

Suntem o echipa de microbiologi şi paleoclimatologi care studiază microorganismele antice, inclusiv virușii conservați în gheața ghețarului. Alături de colegii noștri Lonnie Thompson, Virginia Rich și alți cercetători de la Grupul de paleoclimatologie cu miez de gheață la Universitatea de Stat din Ohio, investigăm interacțiunile dintre viruși și mediul lor arhivat în nuclee de gheață din Ghețarul Guliya de pe platoul tibetan.

Prin legarea genomurilor comunităților virale antice cu condițiile climatice specifice conservate în gheața ghețarului, cercetarea noastră recent publicată oferă perspective asupra modului în care acestea virușii s-au adaptat la schimbările climatice ale Pământului în ultimii 41.000 de ani.

Citirea istoriei în genele virale

Noi în primul rând metagenoame utilizate — colecții de genomi care captează conținutul genetic total al tuturor microorganismelor prezente în probele de mediu — pentru a reconstrui genomurile virale din nouă intervale de timp distincte în interiorul nucleului de gheață Guliya. Aceste orizonturi temporale se întind pe trei cicluri majore de la rece la cald, oferind o oportunitate unică de a observa modul în care comunitățile virale s-au schimbat ca răspuns la diferite condiții climatice.

Prin analizele noastre, am recuperat genomul echivalentul a 1.705 specii de virusextinzând virusurile antice cunoscute conservate de ghețari de peste cincizeci de ori.

Doar cam un sfert dintre speciile virale am găsit asemănări comune la nivel de specie cu oricare dintre virusurile identificate în aproape 1.000 de metagenomi capturați anterior în seturi de date globale. Cele mai multe dintre aceste specii suprapuse erau tot din Podișul Tibetan. Acest lucru sugerează că cel puțin unii viruși conservați în ghețarul Guliya au provenit local în regiune, dar a vorbit și despre lipsa relativă a virușilor glaciare în bazele de date disponibile.

Folosind aceste noi genomi de referință, am încercat să „citim” poveștile lor.

Înrudit: Unii viruși au un genom „Z” misterios

O constatare cheie a fost aceea comunitățile virale au variat semnificativ între perioadele climatice reci și calde. Cea mai distinctă comunitate de specii virale de pe ghețar a apărut în urmă cu aproximativ 11.500 de ani, coincizând cu tranziția majoră de la Ultima Etapă glaciară la Holocen. Acest lucru sugerează că condițiile climatice unice din perioadele reci și calde au influențat profund compoziția comunităților virale. Emitem ipoteza că aceste influențe s-au datorat probabil că virușii din alte locuri au fost suflați prin schimbarea tiparelor vântului și sunt supuși presiunilor de selecție de la schimbarea temperaturilor de pe ghețar.

Săpând mai adânc, am determinat apoi modul în care virușii au interacționat cu gazdele lor. Pentru a face acest lucru, am folosit modele computerizate pentru a compara genomul viral cu genomul altor microbi găsiți și în acest mediu. Am descoperit că viruși infectat constant Flavobacteriumo filiație de bacterii întâlnită în mod obișnuit în mediile ghețarilor.

De asemenea, am aflat că virușii de pe ghețarul Guliya trebuie să „fure” genele de la gazdele lor pentru a-și manipula metabolismul. Codificate în genomurile virale au fost 50 de gene metabolice auxiliare legate de metabolism, inclusiv sinteza și descompunerea vitaminelor, aminoacizilor și carbohidraților. Unele dintre aceste gene au fost abundente în toate cele nouă intervale de timp studiate, sugerând că ele ajută gazdele microbiene să facă față condițiilor dure de pe suprafețele ghețarilor și, prin urmare, să îmbunătățească fitness-ul viral.

Astfel, virusurile nu numai că infectează și ucid celulele, dar probabil că modifică și starea de fitness a gazdelor lor în timpul infecției, influențând la rândul lor capacitatea de a supraviețui în condițiile extreme ale mediilor ghețarilor.

Schimbările climatice în timp

Descoperirile noastre oferă o nouă perspectivă asupra modului în care viața, sub formă de viruși, a răspuns la schimbările climatice de-a lungul a zeci de mii de ani.

Înțelegerea acestor interacțiuni străvechi oferă o oportunitate unică pentru cercetări viitoare atât în ​​virologie, cât și în știința climei. Studiind modul în care virușii antici au răspuns la schimbările climatice din trecut, cercetătorii pot obține informații valoroase despre modul în care virușii se adaptează la schimbările climatice globale în curs.

Credem că gheața de ghețar, prin captarea informațiilor despre microorganisme și ecosistemele lor de-a lungul timpului în fiecare strat, rămâne o resursă esențială pentru dezvăluirea istoriei climei Pământului și a vieții pe care a susținut-o – mai ales ca rezerve de gheață din ghețar. se diminuează rapid.

Acest articol editat este republicat din Conversația sub o licență Creative Commons. Citiți articol original.

ZhiPing și-a luat doctoratul în Microbiologie la Institutul de Microbiologie, Academia Chineză de Științe, unde s-a concentrat pe ecologia microbiană și taxonomia bacteriană. El este interesat de izolarea și identificarea tulpinilor bacteriene, explorarea microorganismelor necultivate și investigarea structurii, funcției și dinamicii comunității microbiene în mediu. S-a alăturat BPCRC la 1 august 2016 pentru a studia ecologia microbiană și virală în nucleele de gheață de la adâncimi selectate depuse cu aproximativ 1.000 până la ~ 1.000.000 de ani în urmă, ceea ce ar putea oferi o fereastră asupra modului în care viața microbiană s-a schimbat de-a lungul zecilor până la sute de mii de ani.