Genomas virais antigos retirados de geleiras revelam como os patógenos se adaptaram às mudanças climáticas da Terra
À medida que os humanos alteram o clima e os ecossistemas do planeta, os cientistas estão a olhar para a história da Terra para ajudar a prever o que pode acontecer a partir daí. mudança climática. Para este fim, estruturas de gelo maciças como geleiras servir como congeladores da naturezaarquivando registros detalhados de climas e ecossistemas passados — incluindo vírus.
Somos uma equipe de microbiologistas e paleoclimatologistas que estuda microrganismos antigos, incluindo vírus preservados no gelo das geleiras. Junto com nossos colegas Lonnie Thompson, Virgínia Rica e outros pesquisadores da Grupo de Paleoclimatologia do Ice Core na Universidade Estadual de Ohio, investigamos as interações entre os vírus e seu ambiente arquivados em núcleos de gelo do Geleira Guliya no Planalto Tibetano.
Ao ligar os genomas de antigas comunidades virais a condições climáticas específicas preservadas no gelo glaciar, a nossa investigação recentemente publicada oferece informações sobre como estas os vírus adaptaram-se às mudanças climáticas da Terra nos últimos 41.000 anos.
Lendo a história em genes virais
Nós principalmente metagenomas usados — coleções de genomas que capturam o conteúdo genético total de todos os microrganismos presentes em amostras ambientais — para reconstruir genomas virais de nove intervalos de tempo distintos dentro do núcleo de gelo de Guliya. Esses horizontes de tempo abrangem três grandes ciclos de frio para quente, fornecendo uma oportunidade única de observar como as comunidades virais mudaram em resposta a diferentes condições climáticas.
Por meio de nossas análises, recuperamos os genomas do equivalente a 1.705 espécies de vírusexpandindo vírus antigos conhecidos preservados em geleiras em mais de cinquenta vezes.
Apenas cerca de um quarto das espécies virais que encontramos compartilhavam similaridades em nível de espécie com qualquer um dos vírus identificados em quase 1.000 metagenomas capturados anteriormente em conjuntos de dados globais. A maioria dessas espécies sobrepostas também eram do Planalto Tibetano. Isso sugere que pelo menos alguns vírus preservados na Geleira Guliya se originaram localmente na região, mas também falou sobre a relativa falta de vírus glaciais em bancos de dados disponíveis.
Usando esses novos genomas de referência, tentamos “ler” suas histórias.
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Uma descoberta fundamental foi que comunidades virais variaram significativamente entre períodos climáticos frios e quentes. A comunidade mais distinta de espécies virais na geleira surgiu há cerca de 11.500 anos, coincidindo com a grande transição do Último Estágio Glacial para o Holoceno. Isso sugere que as condições climáticas únicas durante os períodos frios e quentes influenciaram profundamente a composição das comunidades virais. Nossa hipótese é que essas influências provavelmente se devem a vírus de outros lugares sendo soprados por padrões de vento em mudança e sujeitos a pressões de seleção de temperaturas em mudança na geleira.
Indo mais fundo, determinamos em seguida como os vírus interagiam com seus hospedeiros. Para fazer isso, usamos modelos de computador para comparar genomas virais com os genomas de outros micróbios também encontrados neste ambiente. Descobrimos que os vírus consistentemente infectado Flavobactériauma linhagem de bactérias comumente encontrada em ambientes glaciais.
Também aprendemos que os vírus na Geleira Guliya devem “roubar” genes de seus hospedeiros para manipular seus metabolismos. Codificados dentro dos genomas virais estavam 50 genes metabólicos auxiliares relacionados ao metabolismo, incluindo a síntese e a quebra de vitaminas, aminoácidos e carboidratos. Alguns desses genes foram abundantes em todos os nove intervalos de tempo estudados, sugerindo que eles ajudam os hospedeiros microbianos a lidar com as condições adversas nas superfícies das geleiras e, assim, melhoram a aptidão viral.
Assim, os vírus não apenas infectam e matam células, mas provavelmente também alteram a aptidão de seus hospedeiros durante a infecção, influenciando sua capacidade de sobreviver nas condições extremas dos ambientes glaciais.
Mudanças climáticas ao longo do tempo
Nossas descobertas oferecem uma nova perspectiva sobre como a vida, na forma de vírus, respondeu às mudanças climáticas ao longo de dezenas de milhares de anos.
Entender essas interações antigas fornece uma oportunidade única para pesquisas futuras tanto em virologia quanto em ciência climática. Ao estudar como vírus antigos responderam a mudanças climáticas passadas, os pesquisadores podem obter insights valiosos sobre como os vírus se adaptam às mudanças climáticas globais em andamento.
Acreditamos que o gelo glaciar, ao capturar informações sobre microrganismos e seus ecossistemas ao longo do tempo em cada camada, continua sendo um recurso crítico para desvendar a história do clima da Terra e da vida que ela sustentou — especialmente como reservas de gelo glaciar diminuir rapidamente.
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