石器时代的基因物质带回生活

F或者第一次分子可以追溯到石器时代已经在实验室里复活。

这个突破成为可能之后才成功科学家取得了另一个第一次——他们重建古微生物的基因组100000岁,说克里斯蒂娜Warinner,哈佛大学的人类学副教授和新的研究的资深作者。“这是90000年年龄比下一个最近的重建基因组。”

Warinner,他也是一个组长马克斯普朗克进化人类学研究所,与一个跨学科的研究团队合作,实现这一壮举。该集团的发现和genome-reconstruction技术是在周四发表的一篇论文中概述科学。

生物分子考古学方面的专家,Warinner开创了研究古代牙结石,唯一的人体期间使陈腐的生活的一部分。钙化牙菌斑的一种形式,鞑靼包含人类骨骼的矿物质,具有相似的生存潜力的考古发现。”,因为它是对一个人的牙齿,我们可以很清楚地将它与人和他们的生活,”Warinner说。

不过,刮古老的牙齿——“我们使用相同的工具在牙医的办公室——你可以叫我们很迟来的牙科保健专家,“Warinner说,收益率只有片段的高度退化的遗传物质。“一个典型的细菌基因组300万个碱基对,但是时间碎片的古代DNA我们恢复到平均长度只有30到50个碱基对,“Warinner解释道。“换句话说,每一个古细菌基因组就像一个60000块的拼图,每一块牙鞑靼包含数以百万计的基因组。”

直到现在,科学家们试图了解这些基因碎片通过数据库匹配的参考基因组,总是从现在的物种。这项技术已经成功使用,Warinner指出,尽管限制从一开始就很清楚。“你永远不能发现新物种或者可能已经灭绝的物种,”她说,“因为你有限的比较已经知道的东西。”

大约三年前,Warinner和她的团队与化学和合成生物学的专家为“月球探测器”项目-重建Pleistocene-era细菌的基因组,并使用蓝图来恢复他们的失散多年的细菌代谢物,与希望的一天,发现生化物质的治疗潜力。

为此,集团收到瑞士的格兰特Werner西门子基金会支持协作的目的在社会和自然科学。“我们最初设定的目标发展这项技术在十年之内,但我们已经达到了我们三个中最重要的里程碑,”Warinner说,他补充说,大流行性流感引发了关注计算解决问题的关键。

研究人员从现有的基因技术新创大会,它允许一个基因组从DNA片段测序数字再次拼合在一起。“它要求你有大量的数据,因为你基本上重叠碎片和试图建立整个基因组从这些碎片,“Warinner说。“古DNA被认为这是不可能的因为我们的片段只是太小和太受损。”

Warinner和她的合著者系统地测试和优化技术,直到他们达到突破极短的DNA片段。他们从头组装应用于DNA收获12牙结石的尼安德特人(可以追溯到40000到102000年前)和34人(150 - 30000岁)。

这使研究人员得以重建几百个不同的基因组,其中大部分是口腔细菌被发现。“除了通常的嫌疑人,我们也能够重建一些之前不知道的基因组,“Warinner说。“所以,这导致了新的口服物种的发现。”

重建基因组特别高质量的两种细菌中发现Pleistocene-era鞑靼。这些基因组成为进一步研究的焦点,因为它们含有一种特殊的基因序列,称为生物合成基因簇,编码酶能产生大量的化学物质。“这是细菌是如何使非常复杂和有用的化学物质,”Warinner解释道。“几乎所有的抗菌素和药物治疗最终来源于这种细菌的生物合成基因簇。”

重构基因序列后,团队合成和细菌遗传物质转移到生活,开始产生环境由古老的编码基因。“这是一个确认,我们的程序集是正确的,”Warinner说,“因为如果有错误,就不会工作。”

接下来,胜利的研究小组计划利用他们的技术,它将一直保持探索的化学多样性更新世,与希望的最终发现物种产生新的治疗分子——甚至是一种抗生素。“现在我们可以扩大这一过程,”Warinner说。“突然间,我们可以扩大我们的理解生化的过去。”

参考:Klapper M,大,易卜拉欣,et al .天然产物从重建的细菌的基因组中间,旧石器时代晚期。科学。2023:eadf5300。doi:10.1126 / science.adf5300

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