Gli antichi genomi virali conservati nei ghiacciai rivelano la storia del clima terrestre e il modo in cui i virus si adattano ai cambiamenti climatici

Mentre gli esseri umani alterano il clima e gli ecosistemi del pianeta, gli scienziati guardano alla storia della Terra per aiutare a prevedere cosa potrebbe derivare dal cambiamento climatico.A tal fine servono massicce strutture di ghiaccio come i ghiacciai i congelatori della natura, archiviando registrazioni dettagliate dei climi e degli ecosistemi del passato, compresi i virus.

Siamo una squadra di microbiologi E paleoclimatologi che studia antichi microrganismi, compresi i virus conservati nel ghiaccio del ghiacciaio.Insieme ai nostri colleghi Lonnie Thompson, Virginia Ricca e altri ricercatori del Gruppo Paleoclimatologia Ice Core Presso la Ohio State University, indaghiamo sulle interazioni tra i virus e il loro ambiente archiviati nelle carote di ghiaccio del Ghiacciaio Guliya sull'altopiano tibetano.

Collegando i genomi di antiche comunità virali a specifiche condizioni climatiche preservate nel ghiaccio del ghiacciaio, la nostra ricerca appena pubblicata offre approfondimenti su come queste i virus si sono adattati al clima mutevole della Terra negli ultimi 41.000 anni.

Lettura della storia nei geni virali

Noi principalmente metagenomi utilizzati – raccolte di genomi che catturano il contenuto genetico totale di tutti i microrganismi presenti nei campioni ambientali – per ricostruire i genomi virali da nove intervalli di tempo distinti all’interno del nucleo di ghiaccio di Guliya.Questi orizzonti temporali abbracciano tre principali cicli dal freddo al caldo, offrendo un’opportunità unica di osservare come le comunità virali sono cambiate in risposta alle diverse condizioni climatiche.

Attraverso le nostre analisi, abbiamo recuperato i genomi di equivalente di 1.705 specie di virus, espandendo più di cinquanta volte i virus antichi conosciuti conservati nei ghiacciai.

Solo circa un quarto delle specie virali abbiamo trovato somiglianze condivise a livello di specie con uno qualsiasi dei virus identificati in quasi 1.000 metagenomi precedentemente catturati in set di dati globali.La maggior parte di queste specie sovrapposte provenivano anche dall'altopiano tibetano.Ciò suggerisce che almeno alcuni virus conservati nel ghiacciaio Guliya abbiano avuto origine localmente nella regione, ma indica anche la relativa mancanza di virus glaciali nei database disponibili.

Utilizzando questi nuovi genomi di riferimento, abbiamo tentato di “leggere” le loro storie.

Una scoperta chiave è stata questa le comunità virali variavano in modo significativo tra periodi climatici freddi e caldi.La comunità più distinta di specie virali sul ghiacciaio è apparsa circa 11.500 anni fa, in coincidenza con la grande transizione dall'Ultimo Stadio Glaciale all'Olocene.Ciò suggerisce che le condizioni climatiche uniche durante i periodi freddi e caldi hanno influenzato profondamente la composizione delle comunità virali.Ipotizziamo che queste influenze fossero probabilmente dovute a virus provenienti da altri luoghi che venivano introdotti dal cambiamento dei modelli di vento e soggetti a pressioni selettive derivanti dal cambiamento delle temperature sul ghiacciaio.

Scavando più a fondo, abbiamo poi determinato il modo in cui i virus interagivano con i loro host.Per fare ciò, abbiamo utilizzato modelli computerizzati per confrontare i genomi virali con i genomi di altri microbi presenti anche in questo ambiente.Abbiamo scoperto che i virus costantemente infetto Flavobatterio, un lignaggio di batteri comunemente presenti negli ambienti glaciali.

Abbiamo anche appreso che i virus del ghiacciaio Guliya devono “rubare” i geni ai loro ospiti per manipolarne il metabolismo.Erano codificati all'interno dei genomi virali 50 geni metabolici ausiliari legati al metabolismo, compresa la sintesi e la scomposizione di vitamine, aminoacidi e carboidrati.Alcuni di questi geni erano abbondanti in tutti e nove gli intervalli di tempo studiati, suggerendo che aiutano gli ospiti microbici a far fronte alle dure condizioni sulle superfici dei ghiacciai e quindi a migliorare la forma virale.

Pertanto, i virus non solo infettano e uccidono le cellule, ma probabilmente alterano anche la forma fisica dei loro ospiti durante l’infezione, influenzando a loro volta la loro capacità di sopravvivere nelle condizioni estreme degli ambienti glaciali.

Cambiamenti climatici nel tempo

I nostri risultati offrono una nuova prospettiva su come la vita, sotto forma di virus, ha risposto ai cambiamenti climatici nel corso di decine di migliaia di anni.

La comprensione di queste antiche interazioni offre un’opportunità unica per la ricerca futura sia nella virologia che nella scienza del clima.Studiando il modo in cui i virus antichi hanno risposto ai cambiamenti climatici del passato, i ricercatori possono ottenere preziose informazioni su come i virus si adattano ai cambiamenti climatici globali in corso.

Riteniamo che il ghiaccio del ghiacciaio, acquisendo informazioni sui microrganismi e sui loro ecosistemi nel tempo in ogni strato, rimanga una risorsa fondamentale per svelare la storia del clima terrestre e della vita che ha sostenuto, soprattutto come riserve di ghiaccio del ghiacciaio. diminuire rapidamente.