Genomas virais antigos preservados nas geleiras revelam a história do clima da Terra e como os vírus se adaptam às mudanças climáticas

À medida que os humanos alteram o clima e os ecossistemas do planeta, os cientistas recorrem à história da Terra para ajudar a prever o que poderá resultar das alterações climáticas.Para este fim, enormes estruturas de gelo, como geleiras, servem como freezers da natureza, arquivando registros detalhados de climas e ecossistemas passados ​​– incluindo vírus.

Somos uma equipe de microbiologistas e paleoclimatologistas que estuda microorganismos antigos, incluindo vírus preservados no gelo das geleiras.Junto com nossos colegas Lonnie Thompson, Virgínia rica e outros pesquisadores do Grupo de Paleoclimatologia Ice Core na Universidade Estadual de Ohio, investigamos interações entre vírus e seu ambiente arquivados em núcleos de gelo do Geleira Guliya no planalto tibetano.

Ao ligar os genomas de antigas comunidades virais às condições climáticas específicas preservadas no gelo glacial, a nossa investigação recentemente publicada oferece insights sobre como estes os vírus se adaptaram 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 a partir de nove intervalos de tempo distintos dentro do núcleo de gelo de Guliya.Estes horizontes temporais abrangem três ciclos principais de frio a quente, proporcionando uma oportunidade única para observar como as comunidades virais mudaram em resposta a diferentes condições climáticas.

Através de nossas análises, recuperamos os genomas dos equivalente a 1.705 espécies de vírus, expandindo vírus antigos conhecidos preservados em geleiras em mais de cinquenta vezes.

Apenas cerca de um quarto das espécies virais, encontramos semelhanças compartilhadas em nível de espécie com qualquer um dos vírus identificados em quase 1.000 metagenomas previamente capturados em conjuntos de dados globais.A maioria dessas espécies sobrepostas também eram do planalto tibetano.Isto sugere que pelo menos alguns vírus preservados no Glaciar Guliya se originaram localmente na região, mas também indica a relativa falta de vírus glaciais nas bases de dados disponíveis.

Usando estes novos genomas de referência, tentamos “ler” as suas histórias.

Uma descoberta importante foi que comunidades virais variaram significativamente entre períodos climáticos frios e quentes.A comunidade mais distinta de espécies virais na geleira apareceu há cerca de 11.500 anos, coincidindo com a grande transição do Último Estágio Glacial para o Holoceno.Isto 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 foram provavelmente devidas a vírus de outros lugares que foram transportados pela mudança nos padrões do vento e sujeitos a pressões seletivas decorrentes da mudança de temperatura na geleira.

Indo mais fundo, determinamos em seguida como os vírus interagiam com seus hospedeiros.Para isso, utilizamos modelos computacionais para comparar os genomas virais com os genomas de outros micróbios também encontrados neste ambiente.Descobrimos que os vírus consistentemente infectado Flavobactéria, uma linhagem de bactérias comumente encontrada em ambientes glaciais.

Também aprendemos que os vírus no Glaciar Guliya devem “roubar” genes dos seus hospedeiros para manipular o seu metabolismo.Codificados dentro dos genomas virais foram 50 genes metabólicos auxiliares relacionado ao metabolismo, incluindo a síntese e degradação de vitaminas, aminoácidos e carboidratos.Alguns destes genes foram abundantes em todos os nove intervalos de tempo estudados, sugerindo que ajudam os hospedeiros microbianos a lidar com as condições adversas nas superfícies das geleiras e, assim, melhorar a aptidão viral.

Assim, os vírus não só infectam e matam células, mas provavelmente também alteram a aptidão dos seus hospedeiros durante a infecção, influenciando por sua vez a sua capacidade de sobreviver nas condições extremas dos ambientes glaciares.

Mudanças climáticas ao longo do tempo

As 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.

A compreensão dessas interações antigas oferece uma oportunidade única para pesquisas futuras tanto em virologia quanto em ciências climáticas.Ao estudar como os vírus antigos responderam às alterações climáticas passadas, os investigadores podem obter informações valiosas sobre como os vírus se adaptam às alterações climáticas globais em curso.

Acreditamos que o gelo glaciar, ao capturar informações sobre microrganismos e os seus ecossistemas ao longo do tempo em cada camada, continua a ser um recurso crítico para desvendar a história do clima da Terra e da vida que sustentou – especialmente como reservas de gelo glaciar. diminuir rapidamente.