7 دقیقه
میکروبهای باستانی محفوظ در بقایای ماموت
یک تیم بین‌المللی به رهبری مرکز ژنتیک دیرینه (Centre for Palaeogenetics) DNA میکروبی را از بقایای ماموت پشمی و ماموت دشتی بازیابی کرده‌اند که مربوط به بیش از یک میلیون سال پیش است. این کار—که در نشریه Cell گزارش شده—از جمله قدیمی‌ترین نمونه‌های DNA میکروبی مرتبط با میزبان است که تاکنون بازیابی شده و پنجره‌ای جدید در مورد تعاملات بلندمدت بین مگافوناهای پلیستوسن و جوامع میکروبی آنها می‌گشاید. پژوهشگران 483 نمونه ماموت را غربالگری کردند، از جمله 440 نمونه‌ای که قبلاً توالییابی نشده بودند، و از ابزارهای پیشرفته ژنومی و بیوانفورماتیکی برای جدا کردن میکروب‌هایی که در زندگی با ماموتها همراه بودند از میکروب‌هایی که پس از مرگ بر بقایا مسلط شده‌اند استفاده کردند.
روش‌ها: تأیید سیگنال‌های میکروبی از اعصار دور
این تیم توالییابی با توان بالا، تحلیل الگوهای آسیبی و کنترلهای دقیق آلودگی را ترکیب کرد تا میکروبهای باستانی وابسته به میزبان را از آلایندههای محیطی مدرن تشخیص دهد. نمونهها شامل دندان‌ها، عاج‌ها و قطعات استخوانی از مناطق جغرافیایی و دوران زمانی مختلف بودند، که یک نمونه برجسته از یک ماموت دشتی مربوط به حدود 1.1 میلیون سال پیش به شمار می‌آید. کار آزمایشگاهی مطابق پروتکل‌های دقیق DNA باستانی انجام شد: امکانات اتاق تمیز اختصاصی، کنترلهای منفی، و فیلترهای بیوانفورماتیکی که الگوهای خردشدگی و جایگزینی سیتوزین به تیمین را مشخص می‌کنند—نشانه‌های معمول DNA باستانی تخریب‌شده.
رویکردهای بیوانفورماتیکی نیز به تقسیم‌بندی توالی‌های DNA به گروه‌هایی کمک کردند که احتمالاً منشأ آنها میکروبیوم زنده هر جانور بوده در مقابل آن‌هایی که پس از دفن وارد شده‌اند. این تفکیک بر الگوهای تاکسونومیک ثابت در میان فردها، نشانه‌های حفظ‌شدگی و مقایسه با خویشاوندان مدرن تکیه دارد. با ترکیب این خطوط شواهد، پژوهشگران توانستند بخش‌هایی از ژنومهای میکروبی را بازسازی کنند و نشان دهند که برخی رده‌ها برای صدها هزار سال همراه ماموتها باقی مانده‌اند.
یافته‌های کلیدی: رده‌های میکروبی پایدار و پاتوژنهای احتمالی
در سراسر مجموعه داده، نویسندگان شش خوشه میکروبی را یافتند که بارها و بارها با بقایای ماموت مرتبط بودند. این‌ها شامل خویشاوندانی از جنس‌های Actinobacillus، Pasteurella، Streptococcus و Erysipelothrix هستند—جنسهایی که امروزه هم گونههای همزیست بی‌ضرر و هم گونههای بیماریزا را در بر دارند. یک باکتری شبیه Pasteurella که در مطالعه پیدا شد، ارتباط نزدیکی با یک پاتوژن دارد که باعث شیوع مرگبار در فیل‌های مدرن آفریقایی شده است، که این احتمال را مطرح میکند که ماموتها نیز حساسیت مشابهی نسبت به عفونت‌های همانند داشته‌اند.
در یک دستاورد تاریخی، پژوهشگران بخش‌هایی از ژنوم Erysipelothrix را از یک ماموت دشتی تقریباً 1.1 میلیون ساله بازسازی کردند. این قدیمی‌ترین DNA میکروبی مرتبط با میزبان است که تاکنون به‌طور معتبر بازیابی شده و نشان میدهد که در شرایط مساعد، ژنومهای میکروبی می‌توانند بسیار فراتر از پنجره حفظ ژنوم میزبان دوام بیاورند. این یافته گستره زمانی مطالعه روابط میزبان-میکروب باستانی و اکولوژی بیماری‌های دیرینه را گسترش میدهد.
زمینه علمی و پیامدها
میکروبهای وابسته به میزبان نسبت به میزبان‌های چندسلولی بزرگِ خود سرعت جهش و تکامل بیشتری دارند؛ بنابراین بازیابی ژنومهای آنها از اعماق زمان راهی برای مطالعه تکامل میکروبی و پویایی‌های میزبان-پاتوژن در مقیاس‌های زمانی تکاملی فراهم میکند. این نتایج نشان میدهد که برخی رده‌های میکروبی در گستره جغرافیایی وسیع و دوره‌های طولانی با ماموتها همزیستی داشته‌اند، از بیش از یک میلیون سال پیش تا بقای دیرینه ماموتهای پشمی در جزیره راگِل (Wrangel Island) حدود 4000 سال پیش.
تام ون در والک (Tom van der Valk)، نویسنده ارشد مطالعه، تأکید میکند که بقایای باستانی می‌توانند اطلاعات زیستی فراتر از ژنوم میزبان را حفظ کنند و این رکوردهای میکروبی دیدگاه‌های جدیدی درباره چگونگی تأثیر میکروبها بر سازگاری، بیماری و انقراض در اکوسیستم‌های پلیستوسن ارائه می‌دهند. در عین حال، نویسندگان هشدار می‌دهند که تخریب DNA، سوگیری ناشی از فرایندهای پوسش و بانکهای اطلاعاتی مقایسه‌ای محدود، تعیین تأثیر دقیق این میکروبها بر سلامت ماموتها را با قطعیت کامل دشوار می‌سازند.
محدودیتها و هشدارها
مطالعات DNA میکروبی باستانی با چالش‌های ویژه‌ای مواجه‌اند: DNA میکروبی کوتاه‌تر و آسیب‌پذیرتر در برابر آلودگی نسبت به DNA مهره‌داران است، خویشاوندان مدرن اغلب به‌خوبی در بانکهای مرجع نمایندگی نشده‌اند، و فرایندهای تفاله‌ای (تاوفونومی) می‌توانند گونههای محیطی را وارد مواد فسیلی کنند. پژوهشگران برای کاهش این مشکلات از معیارهای اصالت‌بخشی چندگانه‌ای استفاده کردند، اما کارهای بیشتری—به‌ویژه گسترش ژنومهای مرجع برای میکروبهای حیاتوحش—تفسیرها را تقویت خواهد کرد.
فناوری‌ها و چشم‌اندازهای آینده
پیشرفت‌ها در فناوری توالییابی، اسمبل متاژنومیک و طبقه‌بندی مبتنی بر یادگیری ماشین برای این مطالعه حیاتی بودهاند. با رشد بانکهای مرجع ژنومهای میکروبی و بهبود روش‌های محاسباتی، پالئومیکروبیولوژی بهتر قادر خواهد بود جوامع میکروبی باستانی را بازسازی کند، نرخ‌های تکاملی را برآورد نماید و ژن‌های مرتبط با ویرو لانس یا اختصاص میزبان را شناسایی کند. ملاحظات اخلاقی و عملی همواره با هر تلاش برای سنتز یا مشخصه‌یابی عملکردی میکروبهای باستانی همراه خواهد بود؛ ارزش اصلی این یافته‌ها در درک تکامل، بوم‌شناسی و پویایی بیماری‌ها است تا در راستای احیای گونهها.
کاربردها فراتر از دیرین‌شناسی
بازسازی میکروبهای باستانی زیستشناسی حفاظتی مدرن را با تعیین پایه‌های تاریخی میکروبیوم‌های وابسته به میزبان و روشن کردن تکامل پاتوژن‌ها در خویشاوندان نزدیک گونههای منقرض‌شده—مانند فیل‌های آفریقایی و آسیایی—اطلاع‌رسانی میکند. بینش درباره تعاملات میزبان-پاتوژن گذشته میتواند به متخصصان سلامت دام و حیاتوحش کمک کند تا پویایی‌های بلندمدت بیماری و خطرات احتمالی برای گونههای در معرض خطر را ارزیابی کنند.
دیدگاه کارشناسان
دکتر النا روسی (Dr. Elena Rossi)، یک میکروبیولوژیست تکاملی خیالی در مؤسسه ژنومیک دیرینه، می‌گوید: "بازیابی DNA میکروبی بیش از یک میلیون ساله یک گام فنی و مفهومی مهم است. این امکان را فراهم میکند که پرسش‌هایی را درباره هم‌تکاملی بپرسیم—از تصاویر تک‌نقطه‌ای به سری‌های زمانی که نشان می‌دهند جوامع میکروبی چگونه همزمان با سازگاری میزبان‌ها به تغییرات اقلیمی و منظرها تحول یافته‌اند. این کار همچنین نیاز به بانکهای مرجع میکروبی غنی‌تر را برای تفسیر دقیق‌تر سیگنال‌های باستانی برجسته میکند."
جهت‌های پژوهشی آینده
گام‌های بعدی شامل غنی‌سازی هدفمند ژنومهای پاتوژنهای نامزد، نمونه‌برداری جغرافیایی گسترده‌تر از بقایای مگافونا، و مطالعات مقایسه‌ای با فیل‌های زنده و سایر پروبوسیدان‌ها خواهد بود. پژوهشگران همچنین به دنبال بهبود روش‌ها برای راستی‌آزمایی و اسمبل ژنومهای میکروبی تخریب‌شده و پیوند دادن ژن‌های میکروبی خاص به صفاتی مانند مقاومت به آنتی‌بیوتیک یا ویرو لانس خواهند بود. همکاری‌های میان‌رشته‌ای—ترکیب ژنومیک دیرینه، میکروبیولوژی، بوم‌شناسی و علوم دامپزشکی—برای تحقق پتانسیل کامل پژوهش میکروبیوم‌های اعماق‌زمان ضروری خواهد بود.
نتیجه‌گیری
بازیابی DNA میکروبی از بقایای ماموت بیش از یک میلیون ساله نشان میدهد که مواد فسیلی می‌توانند ردپاهایی از میکروب‌هایی که همراه حیوانات منقرض‌شده زندگی می‌کرده‌اند حفظ کنند. شناسایی خوشه‌های میکروبی پایدار—از جمله پاتوژنهای احتمالی—پنجره‌ای منحصربه‌فرد به هم‌تکاملی میزبان-میکروب در دوره پلیستوسن ارائه میدهد و مسیرهای جدیدی برای مطالعه بیماری‌ها، سازگاری و انقراض می‌گشاید. در حالی که چالش‌های فنی و تفسیری باقی‌مانده‌اند، این مطالعه یک پیشرفت مهم برای پالئومیکروبیولوژی محسوب می‌شود و درک ما را از نقش میکروبها در تاریخ حیات بر روی زمین توسعه میدهد.
منبع: scitechdaily
.avif)
نظرات