Bilim adamları, Sibirya Permafrostu’nda antik nematodlar keşfettiler ve bunlardan birinin daha önce tanımlanmamış bir tür olan Panagrolaimus kolymaensis olduğu belirlendi. Nematodlar, model nematod Caenorhabditis elegans’a benzer hayatta kalma mekanizmaları gösterdi. Araştırma, nematodların jeolojik zaman dilimleri boyunca yaşamı korumak için yollar geliştirdiğini ve potansiyel olarak küresel ısınma karşısında koruma stratejilerini bilgilendirdiğini gösteriyor. Kredi: Alexei V. Tchesunov ve Anastasia Shatilovich / Institute of Physicochemical and Biological Problems in Soil Science RAS
Uluslararası bir araştırma ekibi, Pleistosen’den yeni keşfedilen bir nematod türünün ortak bir moleküler alet takımına sahip olduğunu gösteriyor nematod Caenorhabditis elegans ile hayatta kalmak için.
Tardigratlar, rotiferler ve nematodlar gibi bazı organizmalar, “kriptobiyoz” olarak bilinen hareketsiz bir duruma girerek zorlu koşullarda hayatta kalabilir. 2018’de Rusya’daki Toprak Biliminde Fizikokimyasal ve Biyolojik Sorunlar Enstitüsü’nden (RAS) araştırmacılar, Sibirya Permafrost’unda iki yuvarlak kurt (nematod) türü buldu. Radyokarbon tarihlemesi, nematod bireylerinin, yaklaşık 46.000 yıl önce, geç Pleistosen’den beri kriptobiyozda kaldığını gösterdi.
Max Planck Moleküler Hücre Biyolojisi ve Genetiği Enstitüsü’nden (MPI-CBG), Dresden’deki Araştırmacılar Hepsi Almanya’da bulunan Sistem Biyolojisi Dresden (CSBD) ve Köln Üniversitesi’ndeki Zooloji Enstitüsü, genom dizileme, birleştirme ve filogenetik analiz kullandı ve permafrost nematodunun daha önce tanımlanmamış bir tür olan Panagrolaimus kolymaensis’e ait olduğunu buldu. Panagrolaimus kolymaensis tarafından laboratuvar koşullarında kuruma ve donma durumlarında hayatta kalmak için kullanılan biyokimyasal mekanizmaların, Caenorhabditis elegant adlı önemli biyolojik modeldeki yaşam döngüsü aşamasına benzer olduğunu gösterdiler.
P. kolymaensis, dişi. Taramalı elektron resmi. Kredi: Alexei V. Tchesunov ve Anastasia Shatilovich / Institute of Physicochemical and Biological Problems in Soil Science RAS
Nematodların Canlandırılması ve İlk Araştırması
Anastasia Shatilovich, Fizikokimyasal Enstitüsünde ve Toprak Biliminde Biyolojik Sorunlar Rusya’daki RAS, Sibirya permafrostundaki silt birikintilerindeki fosilleşmiş bir yuvadan iki donmuş bireysel nematod’u canlandırdı, o ve meslektaşları çok heyecanlandılar. Solucanları laboratuvarda çözdükten sonra, yuvadan alınan bitki materyalinin radyokarbon analizi, yüzeyin 40 metre altındaki bu donmuş birikintilerin 45.839 ila 47.769 yıl önceki geç Pleistosen’den beri çözülmediğini ortaya çıkardı.
Aynı zamanda, MPI-CBG’deki Teymuras Kurzchalia araştırma grubu (Teymuras Kurzchalia şimdi emekli oldu), nematod Caenorhabditis elegans’ın larva aşamalarının aşırı koşullarda nasıl hayatta kaldığı sorusunu ele alıyordu. Ekip, permafrost nematodlarını duyduğunda, hemen Anastasia Shatilovich ile bir işbirliği için iletişime geçti.
İşbirliği ve Daha Fazla Araştırma
Vamshidhar Gade, o dönemde araştırma grubunda doktora öğrencisiydi. Teymuras Kurzchalia, permafrost nematodları ile çalışmaya başladı. “Bu kriptobiyotik organizmaların hangi moleküler ve metabolik yolları kullandıkları ve yaşamı ne kadar süreyle askıya alabilecekleri tam olarak anlaşılmış değil” diyor. Vamshidhar şu anda İsviçre’nin Zürih kentindeki ETH’de çalışıyor.
Genom Analizi ve Tür Tanımlaması
Dresden’deki araştırmacılar, Eugene ile işbirliği içinde donmuş toprak nematodlarından birinin yüksek kaliteli bir genom derlemesini gerçekleştirdi. Dr. TBG ve Senckenberg Doğa Araştırmaları Derneği. DNA barkod dizilimlerine ve mikroskobik resimlere sahip olmasına rağmen, permafrost solucanının yeni bir tür olup olmadığını belirlemek zordu.
Philipp Schiffer, Institute of Zoology’de araştırma grubu lideri, yeni başlayan Biodiversity’nin eş lideri Köln Üniversitesi’ndeki Köln Genomik Merkezi (BioC2) ve biyoçeşitlilik genomik araştırmalarında uzman, türü belirlemek ve ekibiyle birlikte genomunu analiz etmek için Dresden araştırmacılarıyla güçlerini birleştirdi. Filogenomik analizi kullanarak, kendisi ve ekibi yuvarlak solucanı yeni bir tür olarak tanımlayabildiler ve ekip ona “Panagrolaimus kolymaensis” adını vermeye karar verdi. Kökeni olan Kolyma Nehri bölgesinin tanınması için, nematod’a Latince Kolymaensis adı verildi.
Hayatta Kalma Mekanizması ve Potansiyel Etkileri
Panagrolaimus kolymaensis genomunu modelinkiyle karşılaştırarak nematod Caenorhabditis elegans, Köln’deki araştırmacılar, her iki türün de ortak olduğu ve kriptobiyozda yer alan genleri belirlediler. Dauer larvaları olarak adlandırılan Caenorhabditis elegans’ta kriptobiyoza girmek için gerekli genlerin çoğunun Panagrolaimus kolymaensis’te de bulunması şaşırtıcıydı.
Ardından, araştırma ekibi Panagrolaimus kolymaensis’in hayatta kalma yeteneğini değerlendirdi ve hafif düzeyde dehidrasyona maruz kalmanın etkili olduğunu keşfetti. dondurmadan önce solucanların kriptobiyoz için hazırlanmasına yardımcı oldu ve -80 santigrat derecede hayatta kalma oranını artırdı. Biyokimyasal düzeyde, her iki tür de laboratuvarda hafifçe kurutulduğunda trehaloz adı verilen bir şeker üretti ve bu da muhtemelen donmaya ve yoğun dehidrasyona dayanmalarını sağladı. Caenorhabditis elegans larvaları da bu tedaviden yararlandı ve -80 santigrat derecede 480 gün hayatta kaldı, çözülmenin ardından canlılık veya üremede herhangi bir düşüş yaşamadı.
Vahiyler
Vamshidhar Gade ve Temo Kurzhchalia’ya göre, “Deneysel bulgularımız ayrıca, Caenorhabditis elegans’ın askıya alınmış durumda daha önce belgelenenden daha uzun süre canlı kalabileceğini gösteriyor. Genel olarak araştırmamız, nematodların jeolojik dönemler boyunca yaşamı korumalarına olanak tanıyan mekanizmalar geliştirdiğini gösteriyor.”
“Bulgularımız, nesil süreleri günlerden bin yıllara kadar değişebileceğinden ve uzun Çalışmayı denetleyen yazarlardan biri olan Philipp Schiffer, “Bir türün bireylerinin uzun süreli hayatta kalması, aksi takdirde yok olacak olan soyların yeniden ortaya çıkmasıyla sonuçlanabilir,” sonucuna varıyor.
Eugene Myers ekliyor: “P . kolymaensis’in son derece bitişik genomu, bu özelliği, genomları şu anda Schiffer’in ekibi ve meslektaşları tarafından dizilenmekte olan diğer Panagrolaimus türlerininkilerle karşılaştırmayı mümkün kılacaktır.” Philipp Schiffer, “türlerin genomlarını analiz ederek bu tür aşırı ortamlara uyumlarını incelemenin, küresel ısınma karşısında daha iyi koruma stratejileri geliştirmemize olanak sağlayacağına” inanıyor.
Teymuras Kurzchalia şöyle diyor: “Bu çalışma, on binlerce yıl ile nematodlarda bildirilen en uzun kriptobiyoz.”
Referans: “Sibirya permafrostundan yeni bir nematod türü, C. elegans dauer larvası ile kriptobiyotik hayatta kalma için adaptif mekanizmaları paylaşıyor”, Anastasia Shatilovich, Vamshidhar R. Gade, Martin Pippel, Tarja T. Hoffmeyer, Alexei V. Tchesunov, Lewis Stevens, Sylke Winkler, Graham M. Hughes, Sofia Traikov, Michael Hiller, Elizaveta Rivkina, Philipp H. Schiffer, Eugene W. Myers ve Teymuras V. Kurzchalia, 27 Temmuz 2023, PLoS Genetics.
DOI: 10.1371/journal.pgen.1010798
Bu çalışma, Rusya Temel Araştırma Vakfı (19-29-05003-mk) tarafından desteklenmiştir. ) AS ve ER’ye. VRG ve TVK, Volkswagen Vakfı’nın mali desteğini kabul eder (Yaşam araştırması bursu 92847). PHS ve TTH, PHS’ye verilen bir DFG ENP hibesi ile desteklenir (DFG projesi 434028868). GMH, bir UCD Ad Astra Bursu tarafından finanse edilmektedir. Finansörlerin çalışma tasarımında, veri toplama ve analizinde, yayınlama kararında veya taslağın hazırlanmasında hiçbir rolü yoktu.