Впервые удалось восстановить ДНК «убийцы бактерий» возрастом более 5000 лет
Бактериофаги — это особая разновидность вирусов. Они поражают бактерии, и, как считалось, развиваются еще быстрее, чем «жертвы». Однако исследование, которое с использованием новейших технологий и методов провели ученые из Польши, Германии и Нидерландов, опровергает эту теорию: из почти 300 бактериофагов возрастом до 5000 лет как минимум один остался неизменным. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
Эволюция бактериофагов насчитывает миллиарды лет, и ее можно назвать «гонкой вооружений» с бактериями, которых они поражают. Совсем недавно появились технологии, которые позволяют расшифровывать геном и оперировать огромными объемами данных для исследования, каталогизирования и отслеживания того, какие разновидности бактериофагов есть в разных регионах планеты и как они меняются с течением времени.
Однако, исследовать эволюцию вирусов лучше всего, сравнивая современные образцы с древними — и именно для бактериофагов такого еще не делали. Максимальная глубина наблюдений для них — около 30 лет.
Для исследования были взяты бактериофаги из кишечника человека. Образцы возрастом от 150 до 5300 лет были получены из захоронений и остатков фекалий из восьми мест в Европе и Северной Америке.
Удалось расшифровать ДНК 298 видов вирусов, и более половины из них — те, что заражали и заражают сейчас Clostridia и Bacteroidia — два доминирующих класса бактерий в микробиоме нашего кишечника. В целом ученые выяснили, что бактериофаги поражали те же микроорганизмы в кишечнике, что и сегодня, однако многие из них серьезно отличались от современных.
«Мы ожидаем, что в будущем подобные исследования вирома в древних метагеномах будут способствовать выяснению сложной истории вирусов и их роли в совместной эволюции с бактериями, животными и растениями-хозяевами», — отмечают авторы статьи.
Почти невозможный вирус
Самым удивительным открытием стал вирус, почти не изменившийся за 1300 лет. Его нашли в окаменелых человеческих фекалиях, найденных в мексиканской пещере.
«Это открытие дает новый взгляд на сложную историю эволюции бактериофагов, которые ранее обычно считались быстро развивающимися вирусами, и способствует лучшему пониманию динамики между вирусами и бактериями», — говорит доктор Анджей Зелезинский, его слова приводит Университет Адама Мицкевича (Польша).
Этот консерватор — бактериофаг вида Mushuvirus mushu. Он был совсем недавно обнаружен в кишечнике человека, и последовательность ДНК современного вируса на 97,7% идентична древнему образцу.
«Вероятность обнаружения последовательности генома такой длины с идентичностью не менее 97,7% приближается к нулю через немногим более 200 лет, даже при самых низких частотах мутаций, о которых сообщается в литературе. Примечательно, что этот расчет предполагает прямое наследственное родство между обоими вирусами, поскольку встреча таких похожих геномов в двух сестринских кладах, которые независимо накапливают мутации, еще менее вероятна», — отмечают исследователи.
Логичным было предположить, что вирус сохранился почти неизменным из-за отсутствия мутаций. Однако, проанализировав генетическое разнообразие современного Mushuvirus mushu в кишечнике охотников-собирателей хадза, исследователи обнаружили, что и разнообразие нуклеотидов, и количество мутаций были выше, чем в среднем для других бактериофагов.
А значит, причина сходства в чем-то другом — и в чем, пока неизвестно. Возможно, это связано с эволюцией бактерии-хозяина Faecalibacteria — ведь современные образцы также на 97% идентичны древним.
