Микрофлора мегафауны. Палеогенетики получили геномы бактерий мамонтов

Исследователи из Центра палеогенетики — совместного проекта Стокгольмского университета и Шведского музея естественной истории — проанализировали микробную ДНК 483 мамонтов. Для 440 образцов были получены новые данные секвенирования или представлены ранее не публиковавшиеся данные, в том числе для древнейшего образца степного мамонта возрастом около 1,1 млн лет. Результаты исследования опубликованы в Cell.

Авторы собрали все доступные данные по геномам мамонтов и удалили из них последовательности, принадлежащие мамонту или человеку. В различных образцах микробное происхождение имело от 0,25% до 68% прочтений.

С помощью современных методов геномики и биоинформатики, таких как анализ характерных для древней ДНК повреждений, авторы отделили участки геномов микроорганизмов, принадлежащих к микробиому мамонта, от геномов более поздних загрязнителей. В образцах были найдены последовательности ДНК 310 микроорганизмов, ассоциированных с различными тканями мамонтов. (В начале исследования рассматривалось около 88 тысяч кандидатов). Ни один из этих 310 геномов не совпадал с референсными геномами более чем на 98,8%, что подтверждало их древнее происхождение. Большая часть микробной ДНК была изолирована из зубов и бивней. Однако многие принадлежали к родам, которые обычно обитают в окружающей среде или разлагающихся останках животных.

Нога мамонта. Credit:  Пресс-релиз

Работа в лаборатории древней ДНК. Credit:  Пресс-релиз

Авторы идентифицировали в останках мамонтов шесть групп микроорганизмов, устойчиво связанных с хозяевами-животными, включая представителей Actinobacillus, Pasteurella, Streptococcus и Erysipelothrix.

Две различные клады Pasteurella были идентифицированы в образцах 11 мамонтов, найденных в удаленных друг от друга местах (остров Врангеля, остров Айон, территория Юкон в Канаде, гора Муус-Хая в Якутии, полуостров Таймыр). Эти образцы охватывают временной промежуток от позднего плейстоцена до 4600 лет назад — именно тогда вымерли мамонты острова Врангеля. Одна из клад сходна с бактериями, изолированными от современных свиней и коров и продуцирующими янтарную кислоту, необходимую для анаэробной ферментации, которая происходит в кишечнике травоядных млекопитающих. Но так как сходство отдаленное, а бактерия, скорее всего, обитала в ротовой полости мамонта, ее функция могла быть иной.

Представитель другой клады Pasteurella генетически сходен с патогеном, который вызывает вспышки смертельных инфекций в популяциях африканских слонов. В 2023 году от такой инфекции умерло шесть слонов в Зимбабве.

Также в образцах найдены представители рода Streptococcus, отдаленно сходные с S. mutans, вызывающим кариес у человека.

Особого внимания заслуживают геномы Erysipelothrix из зуба мамонта с реки Адыча в Якутии. Это степной мамонт Mammuthus trogontherii, более древний, чем шерстистый. Возраст образца — около 1,1 млн лет  (подробнее о геноме мамонта Адычи на PCR.NEWS). Таким образом, это древнейшая из когда-либо обнаруженных ДНК микроорганизма, ассоциированного с хозяином-млекопитающим. Геномы того же рода из костей более поздних шерстистых мамонтов имеют большее сходство с современным патогеном млекопитающих E. tonsillarum (в среднем 99,2% идентичных нуклеотидов против 98,8%).

«Эта работа открывает новую главу в понимании биологии вымерших видов. Мы можем не только изучать геномы самих мамонтов, но и начать изучать микробные сообщества, жившие внутри них», — говорит Лав Дален, профессор эволюционной геномики в Центре палеогенетики. Бактерии сосуществовали с мамонтами сотни тысяч лет на всем пространстве их ареала, эволюционируя вместе с ними, от древнейших представителей рода Mammuthus до шерстистых мамонтов с острова Врангеля, исчезнувших совсем недавно.

Реконструирована трехмерная архитектура генома мамонта