歯石 (歯石) は何千年にもわたって DNA を保存しており、古代の微生物の生物多様性と機能的能力に関する前例のない情報を提供しています。 クレジット: Werner Siemens Foundation、Felix Wey
画期的な研究で、科学者はヒトとネアンデルタール人の歯垢から古代の細菌ゲノムを再構築し、パレオフランと呼ばれるこれまで知られていなかった代謝物を発見し、初期のヒト族の健康と栄養に関する貴重な洞察を提供しました。
ヒトとネアンデルタール人の骨の石灰化プラークから回収された細菌ゲノムを再構築することで、これまで知られていなかった更新世の細菌代謝産物に関する新たな洞察が得られた、と研究者は報告している。 このアプローチは、微生物の天然物を研究する研究者の能力を拡大します。それ以外の場合、ほとんどは生きた細菌の研究に限定されていました。
微生物によって生成される生物活性のある小分子は、多くの場合天然物と呼ばれ、多くの抗菌剤を含む、産業および医療用の多様な機能性化合物の重要な供給源となっています。 かつて古代のマイクロバイオームの微生物叢によって生成された生合成遺伝子クラスター (BGC) にエンコードされた天然産物を特徴付けると、これまで知られていなかった代謝産物や、初期のヒト族の栄養と健康におけるそれらの役割に関する貴重な洞察が得られます。
古代の DNA を使用して、生化学者は分子であるパレオフラン (ここでは粉末状で表示) の生成に成功しました。 クレジット: Anna Schroll/Leibniz-HKI
古ゲノム学の最近の進歩により、ヒトの過去のゲノム多様性が明らかになりましたが、この急速に成長している古生物の機能と生合成能力は、とらえどころのないままです。
Martin Klapper らは、過去約 10 万年にわたる古代人類とネアンデルタール人の化石から石灰化した歯垢 (歯石) から抽出したメタゲノム データセットで、生合成遺伝子クラスターを検索した。
彼らは、459 の細菌のメタゲノムで組み立てられたゲノム (MAG) を再構築しました。 いくつかの MAG は、以前に再構築された最古の MAG よりも 90,000 年以上古いものでした。 このサンプルでは、Klapper ら。 これまでに記載されていなかった更新世時代の細菌を発見した[{” attribute=””>species within the genus Chlorobium, which contained a BGC shared by seven Middle and Upper Paleolithic individuals.
Microbes are Nature’s greatest chemists, and by studying the genomes of ancient bacteria, it may be possible to discover new uses for very old molecules. Credit: Werner Siemens Foundation, Felix Wey
Using heterologous expression techniques to reconstruct the biosynthetic action of these ancient BGCs, the authors found that they produced previously unreported metabolites, namely 5-alkylfuran-3-carboxylic acid products that the authors dub paleofurans.
According to the authors, the findings demonstrate the paleobiotechnological approach’s potential in future natural product exploration in ancient metagenomes.
“By merging metagenomics, genome mining, gene synthesis, and metabolic analyses with the field of [ancient DNA] 研究を通じて、私たちは古代の天然産物の発見への道筋を描き、その形成と起源に関する進化的洞察を得るだけでなく、それらの潜在的な将来の用途を知らせます」とクラッパーは書いています。 ら。
この研究の詳細については、生化学者が古代の DNA から石器時代の分子を「復活させる」を参照してください。
参照: 「中期および後期旧石器時代の再構築された細菌ゲノムからの天然産物」Martin Klapper、Alexander Hübner、Anan Ibrahim、Ina Wasmuth、Maxime Borry、Veit G. Haensch、Shuaibing Zhang、Walid K. Al-Jammal、Harikumar Suma、ジェームズ A. フェローズ イェイツ、ヤスミン フランゲンバーグ、イリーナ M. ベルスコ、ソマック チョウドリー、ローザ ハーブスト、エフゲニー V. ブラトヴァノフ、ハンス マルティン ダーセ、テレーゼ ホルヒ、クリスチャン ハートベック、マヌエル ラモン ゴンザレス モラレス、ローレンス ガイ ストラウス、イヴァン ヴィロティイェヴィッチ、クリスティーナ ワーナーおよびピエール・ストールフォース、2023 年 5 月 4 日、 化学.
DOI: 10.1126/science.adf5300