D'anciens génomes viraux préservés dans les glaciers révèlent l'histoire du climat de la Terre et comment les virus s'adaptent au changement climatique

Alors que les humains modifient le climat et les écosystèmes de la planète, les scientifiques se tournent vers l’histoire de la Terre pour prédire ce qui pourrait résulter du changement climatique.À cette fin, des structures de glace massives comme les glaciers servent de les congélateurs de la nature, archivant des enregistrements détaillés des climats et des écosystèmes passés – y compris les virus.

Nous sommes une équipe de microbiologistes et paléoclimatologues qui étudie les micro-organismes anciens, y compris les virus conservés dans la glace des glaciers.Avec nos collègues Lonnie Thompson, Virginie riche et d'autres chercheurs du Groupe de paléoclimatologie des carottes de glace à l'Ohio State University, nous étudions les interactions entre les virus et leur environnement archivées dans des carottes de glace du Glacier Guliya sur le plateau tibétain.

En reliant les génomes d'anciennes communautés virales à des conditions climatiques spécifiques préservées dans la glace des glaciers, nos recherches récemment publiées offrent un aperçu de la façon dont ces les virus se sont adaptés au changement climatique de la Terre au cours des 41 000 dernières années.

Lire l'histoire des gènes viraux

Nous avons principalement métagénomes utilisés – des collections de génomes qui capturent le contenu génétique total de tous les micro-organismes présents dans les échantillons environnementaux – pour reconstruire les génomes viraux à partir de neuf intervalles de temps distincts dans la carotte de glace de Guliya.Ces horizons temporels couvrent trois cycles majeurs du froid au chaud, offrant une occasion unique d’observer comment les communautés virales ont changé en réponse à différentes conditions climatiques.

Grâce à nos analyses, nous avons récupéré les génomes du équivalent à 1 705 espèces de virus, multipliant par plus de cinquante les anciens virus connus préservés dans les glaciers.

Seulement environ un quart Parmi les espèces virales, nous avons trouvé des similitudes au niveau de l'espèce avec l'un des virus identifiés dans près de 1 000 métagénomes précédemment capturés dans des ensembles de données mondiaux.La plupart de ces espèces qui se chevauchent provenaient également du plateau tibétain.Cela suggère qu'au moins certains virus préservés dans le glacier Guliya sont originaires localement de la région, mais cela témoigne également du manque relatif de virus glaciaires dans les bases de données disponibles.

À l’aide de ces nouveaux génomes de référence, nous avons tenté de « lire » leurs histoires.

Une conclusion clé était que les communautés virales variaient considérablement entre les périodes climatiques froides et chaudes.La communauté d’espèces virales la plus distincte sur le glacier est apparue il y a environ 11 500 ans, coïncidant avec la transition majeure du dernier stade glaciaire à l’Holocène.Ceci suggère que les conditions climatiques uniques pendant les périodes froides et chaudes ont profondément influencé la composition des communautés virales.Nous émettons l’hypothèse que ces influences étaient probablement dues à des virus provenant d’autres endroits introduits par les changements de régime des vents et soumis aux pressions de sélection dues aux changements de température sur le glacier.

En creusant plus profondément, nous avons ensuite déterminé comment les virus interagissaient avec leurs hôtes.Pour ce faire, nous avons utilisé des modèles informatiques pour comparer les génomes viraux avec les génomes d’autres microbes également présents dans cet environnement.Nous avons découvert que les virus constamment infecté Flavobactérie, une lignée de bactéries couramment trouvées dans les environnements glaciaires.

Nous avons également appris que les virus du glacier Guliya doivent « voler » les gènes de leurs hôtes pour manipuler leur métabolisme.Les génomes viraux étaient codés 50 gènes métaboliques auxiliaires liés au métabolisme, y compris la synthèse et la dégradation des vitamines, des acides aminés et des glucides.Certains de ces gènes étaient abondants dans les neuf intervalles de temps étudiés, ce qui suggère qu’ils aident les hôtes microbiens à faire face aux conditions difficiles à la surface des glaciers et à améliorer ainsi la condition physique du virus.

Ainsi, non seulement les virus infectent et tuent les cellules, mais ils modifient probablement également la condition physique de leurs hôtes pendant l’infection, influençant ainsi leur capacité à survivre dans les conditions extrêmes des environnements glaciaires.

Le changement climatique au fil du temps

Nos découvertes offrent une nouvelle perspective sur la manière dont la vie, sous forme de virus, a réagi aux changements climatiques sur des dizaines de milliers d’années.

Comprendre ces interactions anciennes offre une opportunité unique pour les recherches futures en virologie et en climatologie.En étudiant la manière dont les virus anciens ont réagi aux changements climatiques passés, les chercheurs peuvent obtenir des informations précieuses sur la manière dont les virus s’adaptent au changement climatique mondial en cours.

Nous pensons que la glace des glaciers, en capturant des informations sur les micro-organismes et leurs écosystèmes au fil du temps dans chaque couche, reste une ressource essentielle pour élucider l’histoire du climat de la Terre et la vie qu’il a soutenue – en particulier en tant que réserves de glace des glaciers. diminuer rapidement.