Genomas virales antiguos conservados en glaciares revelan la historia del clima de la Tierra y cómo los virus se adaptan al cambio climático

A medida que los humanos alteran el clima y los ecosistemas del planeta, los científicos analizan la historia de la Tierra para ayudar a predecir lo que puede ocurrir a partir del cambio climático.Para ello, estructuras masivas de hielo como los glaciares sirven como congeladores de la naturaleza, archivando registros detallados de climas y ecosistemas pasados, incluidos virus.

Somos un equipo de microbiólogos y paleoclimatólogos que estudia microorganismos antiguos, incluidos virus conservados dentro del hielo de los glaciares.Junto a nuestros compañeros Lonnie Thompson, Virginia rica y otros investigadores del Grupo de Paleoclimatología de núcleos de hielo En la Universidad Estatal de Ohio, investigamos las interacciones entre los virus y su entorno archivados en núcleos de hielo del Glaciar Guliya en la meseta tibetana.

Al vincular los genomas de comunidades virales antiguas con condiciones climáticas específicas preservadas en el hielo de los glaciares, nuestra investigación recientemente publicada ofrece información sobre cómo estos Los virus se han adaptado al cambio climático de la Tierra. durante los últimos 41.000 años.

Lectura de la historia en genes virales.

Nosotros principalmente metagenomas usados – colecciones de genomas que capturan el contenido genético total de todos los microorganismos presentes en muestras ambientales – para reconstruir genomas virales de nueve intervalos de tiempo distintos dentro del núcleo de hielo de Guliya.Estos horizontes temporales abarcan tres ciclos principales de frío a calor, lo que brinda una oportunidad única para observar cómo las comunidades virales han cambiado en respuesta a diferentes condiciones climáticas.

A través de nuestros análisis, recuperamos los genomas de los equivalente a 1.705 especies de virus, multiplicando por más de cincuenta los virus antiguos conocidos conservados en glaciares.

Sólo alrededor de una cuarta parte De las especies virales encontramos similitudes compartidas a nivel de especie con cualquiera de los virus identificados en casi 1.000 metagenomas previamente capturados en conjuntos de datos globales.La mayoría de estas especies superpuestas también eran de la meseta tibetana.Esto sugiere que al menos algunos virus conservados en el glaciar Guliya se originaron localmente en la región, pero también habla de la relativa falta de virus glaciales en las bases de datos disponibles.

Utilizando estos nuevos genomas de referencia, intentamos "leer" sus historias.

Un hallazgo clave fue que las comunidades virales variaron significativamente entre períodos climáticos fríos y cálidos.La comunidad más distinta de especies virales en el glaciar apareció hace unos 11.500 años, coincidiendo con la principal transición de la Última Etapa Glacial al Holoceno.Esto sugiere que las condiciones climáticas únicas durante los períodos fríos y cálidos influyeron profundamente en la composición de las comunidades virales.Nuestra hipótesis es que estas influencias probablemente se debieron a que virus de otros lugares fueron arrastrados por patrones cambiantes del viento y sujetos a presiones de selección por los cambios de temperatura en el glaciar.

Profundizando más, determinamos cómo interactuaban los virus con sus anfitriones.Para ello, utilizamos modelos informáticos para comparar los genomas virales con los genomas de otros microbios que también se encuentran en este entorno.Descubrimos que los virus infectado constantemente flavobacteria, un linaje de bacterias que se encuentran comúnmente en ambientes glaciares.

También aprendimos que los virus del glaciar Guliya deben “robar” genes de sus huéspedes para manipular su metabolismo.Codificados dentro de los genomas virales estaban 50 genes metabólicos auxiliares. relacionados con el metabolismo, incluida la síntesis y descomposición de vitaminas, aminoácidos y carbohidratos.Algunos de estos genes fueron abundantes en los nueve intervalos de tiempo estudiados, lo que sugiere que ayudan a los huéspedes microbianos a hacer frente a las duras condiciones de las superficies de los glaciares y, por lo tanto, mejoran la aptitud viral.

Por lo tanto, los virus no sólo infectan y matan células, sino que probablemente también alteran la aptitud de sus huéspedes durante la infección, lo que a su vez influye en su capacidad para sobrevivir en las condiciones extremas de los entornos glaciares.

El cambio climático a lo largo del tiempo

Nuestros hallazgos ofrecen una perspectiva novedosa sobre cómo la vida, en forma de virus, ha respondido a los cambios climáticos durante decenas de miles de años.

Comprender estas interacciones antiguas brinda una oportunidad única para futuras investigaciones tanto en virología como en ciencia climática.Al estudiar cómo respondieron los virus antiguos a los cambios climáticos pasados, los investigadores pueden obtener información valiosa sobre cómo los virus se adaptan al cambio climático global en curso.

Creemos que el hielo de los glaciares, al capturar información sobre los microorganismos y sus ecosistemas a lo largo del tiempo en cada capa, sigue siendo un recurso fundamental para desentrañar la historia del clima de la Tierra y la vida que ha sustentado, especialmente como reservas de hielo de los glaciares. disminuir rápidamente.