哈佛大学:让石器时代的基因组材料起死回生

突破将使探索地球的生化历史成为可能，希望发现新的分子

使用古老的牙垢，Christina Warner和她的团队成功地重建了长达100万年的微生物基因组。

图片来源：维尔纳西门子基金会，费利克斯·魏

可追溯到石器时代的分子在实验室中复活。

这一突破只有在科学家实现另一个之后才成为可能 - 他们成功地重建了长达100万年的古代微生物的基因组，哈佛大学人类学副教授，新研究的作者Christina Warinner说。“这比下一个近的重建基因组要早000万年。

Warinner也是马克斯普朗克进化人类学研究所的小组负责人，他与一个跨学科的研究团队合作实现了这一壮举。该小组的发现和基因组重建技术在周四发表在《科学》杂志上的一篇论文中进行了概述。

作为生物分子考古学专家，Warner率先研究了古代牙垢，这是人体在生命中化石的部分。牙垢是一种钙化牙菌斑，含有与人类骨骼相同的矿物质，具有相似的考古发现生存潜力?！耙蛭谝桓鋈说难莱萆?，我们可以非常清楚地将其与那个人和他们的生活联系起来，”Warner说。

尽管如此，刮掉古老的牙齿——“我们使用与牙医办公室相同的工具——你可以称我们为非常迟到的牙科保健员，”Warner说——只会产生高度降解的遗传物质片段?！耙桓龅湫偷南妇蜃橛?万个碱基对长，但时间片段化了我们恢复到平均长度只有大约30到50个碱基对的古老DNA，”Warner解释说?！盎痪浠八?，每个古老的细菌基因组就像一个60万块拼图，每块牙垢都包含着数百万个基因组。

牙垢是一种钙化牙菌斑，含有与人类骨骼相同的矿物质，具有相似的考古发现生存潜力，保存DNA数千年。

到目前为止，科学家们一直试图通过将它们与参考基因组数据库相匹配来了解这些基因碎片，这些数据库总是取自当今物种。Warner指出，该技术已经成功使用，尽管局限性从一开始就很明显?！澳阌涝段薹ㄒ哉庵址绞秸业叫挛镏只蚩赡苊鹁奈镏?，”她说，“因为你只能将其与已知的东西进行比较。

大约三年前，Warner和她的团队与化学和合成生物学专家合作开展了一个“大胆创新计划”项目——重建更新世时代细菌的基因组，并利用蓝图来恢复它们长期丢失的细菌代谢物，希望有能发现具有潜力的生化物质。

为此，该小组获得了总部位于瑞士的Werner Siemens基金会的资助，旨在加强社会科学和自然科学领域的合作。Warinner说：“我们初的目标是在10年内开发这项技术，但我们已经达到了三年内重要的里程碑，”他补充说，大流行促使人们关注计算问题解决。

研究人员从一种称为从头组装的现有遗传技术开始，该技术允许从测序的DNA片段中以数字方式将基因组拼凑在一起?！罢庑枰阌泻芏嗍?，因为你基本上重叠了这些片段，并试图从这些片段中建立整个基因组，”Warinner说，他也是拉德克利夫研究所Sally Starling Seaver副教授的头衔?！叭嗣侨衔舛怨糯鶧NA来说是不可能的，因为我们的片段太小了，而且太受损了。

Warner和她的合著者系统地测试和优化了这项技术，直到他们在超短DNA片段上取得了突破。他们将从头组装应用于从12个尼安德特人（可追溯到40，000至102，000年前）和34个人类（150至30，000年前）的牙垢中收获的DNA。

这使得研究人员能够重建数百个不同的基因组，其中大部分被发现是口腔细菌?！俺送ǔ５南右扇酥?，我们还能够重建一些以前不知道的基因组，”Warner说?！耙虼?，这导致了新的口腔物种的发现。

重建的基因组对于在更新世时代的牙垢中发现的两种细菌的质量特别高。这些基因组成为进一步研究的焦点，因为它们包含一个特殊的基因序列 - 称为生物合成基因簇 - 编码能够产生大量化学物质的酶?！罢饩褪窍妇绾沃圃煺嬲丛雍陀杏玫幕镏?，”Warner解释说?！凹负跛械募梁托矶嘁┪镏斩荚从谡庵窒妇锖铣苫虼?。

在重建基因序列后，研究小组合成遗传物质并将其转移到活细菌中，从而产生由古代基因编码的生化物质?！罢庵な盗宋颐堑某绦蚣钦返?，”Warner说，“因为如果有错误，它根本不起作用。

接下来，胜利的研究小组计划利用他们的技术继续探索更新世的化学多样性，希望终发现产生新分子的物种 - 甚至可能是抗生素?！跋衷谖颐强梢岳┐笳飧龉?，”Warner说?！巴蝗恢?，我们可以大规模扩展我们对生化过去的理解。