У високо трансдисциплінарному дослідженні вчені відновлюють мікробні природні продукти віком до 100 000 років, використовуючи зубний камінь людей і неандертальців.
Прориви в реконструкції стародавнього геному та біотехнології тепер розкривають багаті молекулярні секрети палеолітичних мікроорганізмів. У новому дослідженні, опублікованому в Science, трансдисциплінарна група дослідників під керівництвом Інституту дослідження природних продуктів та біології інфекцій Лейбніца, Інституту еволюційної антропології Макса Планка та Гарвардського університету реконструювала бактеріальні геноми раніше невідомих бактерій, що датуються плейстоценом. Використовуючи свої генетичні плани, вони створили біотехнологічну платформу для відновлення природних продуктів стародавніх бактерій.
Мікроби є найбільшими хіміками природи, і серед їх творінь є велика кількість світових антибіотиків та інших терапевтичних препаратів. Виробництво цих складних хімічних природних продуктів непросте, і для цього бактерії покладаються на спеціальні типи генів, які кодують ферментативні механізми, здатні виробляти такі хімікати. Зараз наукові дослідження мікробних природних продуктів здебільшого обмежуються живими бактеріями, але враховуючи, що бактерії населяють землю більше ніж 3 мільярдів років, існує величезна різноманітність минулих природних продуктів з терапевтичним потенціалом, які залишаються нам невідомими – до тих пір, поки зараз.
«У цьому дослідженні ми досягли важливої віхи в розкритті величезного генетичного та хімічного різноманіття нашого мікробного минулого», — каже один зі старших авторів Крістіна Воріннер, доцент кафедри антропології Гарвардського університету, керівник групи в Інституті еволюції Макса Планка. антропології та керівник афілійованої групи в Інституті дослідження природних продуктів та біології інфекцій імені Лейбніца (Leibniz-HKI). «Наша мета — намітити шлях для відкриття стародавніх природних продуктів і поінформувати про їхнє потенційне застосування в майбутньому», — додає один зі старших авторів П’єр Столфорт, професор біоорганічної хімії та палеобіотехнології Єнського університету імені Фрідріха Шиллера та керівник кафедри палеобіотехнології. в Лейбніц-HKI.
Мільярдна головоломка
Коли організм гине, його ДНК швидко деградує та розпадається на безліч крихітних шматочків. Вчені можуть ідентифікувати деякі з цих фрагментів ДНК, зіставляючи їх із базами даних, але роками мікробні археологи боролися з тим фактом, що найдавнішу ДНК неможливо зіставити ні з чим, відомим сьогодні. Ця проблема вже давно турбує вчених, але останні досягнення в обчислювальній техніці тепер дозволяють переставляти фрагменти ДНК разом, подібно до частин головоломки, щоб реконструювати невідомі гени та геноми. Єдина проблема полягає в тому, що він не дуже добре працює на сильно деградованих і надзвичайно коротких стародавніх ДНК плейстоцену.
«Нам довелося повністю переглянути наш підхід», — каже Олександр Хюбнер, докторант Інституту еволюційної антропології Макса Планка та співавтор дослідження. Через три роки тестування та оптимізації Хюбнер каже, що вони досягли прориву, досягнувши ділянок реконструйованої ДНК довжиною понад 100 000 пар основ і відновивши широкий спектр стародавніх генів і геномів. «Тепер ми можемо почати з мільярдів невідомих стародавніх фрагментів ДНК і систематично впорядкувати їх у давно втрачені геноми бактерій Льодовикового періоду».
Вивчення мікробного палеоліту
Команда зосередилася на реконструкції геномів бактерій, укладених у зубний камінь, також відомий як зубний камінь, від 12 неандертальців, що датуються бл. 102 000–40 000 років тому 34 археологічні людини, датовані бл. 30 000–150 років тому і 18 сучасних людей. Зубний камінь є єдиною частиною тіла, яка регулярно скам’яніла протягом життя, перетворюючи живий зубний наліт на кладовище мінералізованих бактерій. Дослідники реконструювали численні види бактерій порожнини рота, а також інші більш екзотичні види, геноми яких раніше не були описані.