Riportato in vita batterio antichissimo a partire dal DNA racchiuso nel tartaro dei denti dell’uomo di Neanderthal

I ricercatori hanno ricostruito il DNA racchiuso nel tartaro depositato sui denti di uomini dell’età della pietra per risalire a numerose specie di microrganismi del passato, tra cui una mai descritta prima

Per la prima volta, molecole risalenti all’età della pietra sono state fatte rivivere in laboratorio. Questa scoperta è stata possibile solo dopo che gli scienziati hanno raggiunto un’altra prima volta: hanno ricostruito con successo i genomi di antichi microrganismi risalenti a 100.000 anni fa.

Christina Warinner, professoressa associato di antropologia ad Harvard e autrice senior del nuovo studio, ha spiegato che si tratta di 90.000 anni in più rispetto al genoma più vicino ricostruito. Warinner, che è anche capogruppo dell’Istituto Max Planck per l’antropologia evolutiva, ha lavorato con un gruppo interdisciplinare di ricercatori per raggiungere questo risultato.

Le scoperte del gruppo e le tecniche di ricostruzione del genoma sono illustrate in un articolo pubblicato giovedì su Science. Esperta di archeologia biomolecolare, Warinner ha aperto la strada allo studio del tartaro dei denti antichi, l’unica parte del corpo umano che si fossilizza durante la vita.

Come sono stati effettuati gli studi

Il tartaro, una forma di placca dentale calcificata, contiene gli stessi minerali dello scheletro umano, con un potenziale di sopravvivenza simile per le scoperte archeologiche. E poiché si trova sui denti di una persona, possiamo associarlo chiaramente a quella persona e alla sua vita.

Ma in che modo vengono effettuati questi studi? Lo ha spiegato la stessa Warinner:

Usiamo gli stessi strumenti di uno studio dentistico, possiamo definirci igienisti dentali molto tardivi. Così si ottengono solo frammenti di materiale genetico altamente degradato. Un genoma batterico tipico è lungo 3 milioni di coppie di basi, ma il tempo frammenta il DNA antico che recuperiamo a una lunghezza media di sole 30-50 coppie di basi. In altre parole, ogni antico genoma batterico è come un puzzle di 60.000 pezzi e ogni pezzo di tartaro contiene milioni di genomi.

Finora, gli scienziati hanno cercato di comprendere questi frammenti genetici confrontandoli con database di genomi di riferimento, sempre presi da specie attuali. La tecnica è stata utilizzata con successo, anche se i limiti erano chiari fin dall’inizio.

In questo modo non si possono mai trovare nuove specie o specie potenzialmente estinte perché ci si limita a confrontarle con qualcosa di già noto.

Il progetto “moonshot”

Così, circa tre anni fa, Warinner e il suo team hanno unito le forze con esperti di biologia chimica e sintetica per un progetto innovativo di “moonshot”: ricostruire i genomi dei batteri dell’era pleistocenica e usare le cianografie per far rivivere i loro metaboliti batterici perduti da tempo, con la speranza di scoprire un giorno sostanze biochimiche con potenziale terapeutico.

Per poter rendere ciò possibile, il gruppo ha ricevuto una sovvenzione dalla Fondazione Werner Siemens, con sede in Svizzera, allo scopo di rafforzare la collaborazione tra scienze sociali e naturali. I risultati sono stati eccezionali, anche perché la pandemia ha stimolato un’attenzione critica alla risoluzione di problemi computazionali:

Inizialmente ci eravamo posti l’obiettivo di sviluppare questa tecnologia entro 10 anni, ma in tre anni abbiamo già raggiunto il traguardo più importante.

Si temeva che i frammenti fossero troppo piccoli e danneggiati

I ricercatori sono partiti da una tecnica genetica esistente chiamata assemblaggio de novo, che consente di ricomporre digitalmente un genoma a partire da frammenti di DNA sequenziati. Ciò richiede la disponibilità di molti dati perché si sovrappongono i frammenti e si cerca di ricostruire l’intero genoma a partire da questi pezzi.

Inizialmente si pensava che questo fosse impossibile per il DNA antico, perché i frammenti erano troppo piccoli e danneggiati. Tuttavia Warinner e i suoi coautori hanno testato e ottimizzato sistematicamente la tecnica fino a raggiungere una svolta su frammenti di DNA ultracorti.

Hanno applicato l’assemblaggio de novo al DNA prelevato dal tartaro dentale di 12 Neanderthal (risalenti a un periodo compreso tra 40.000 e 102.000 anni fa) e 34 esseri umani (di età compresa tra 150 e 30.000 anni). Ciò ha permesso ai ricercatori di ricostruire diverse centinaia di genomi distinti, la maggior parte dei quali sono risultati essere batteri orali.

Oltre ai soliti sospetti, siamo stati in grado di ricostruire anche alcuni genomi che non erano noti prima. Questo ha portato alla scoperta di nuove specie orali.

I genomi ricostruiti erano di qualità particolarmente elevata per due specie di batteri trovati nel tartaro del Pleistocene. Questi genomi sono stati oggetto di ulteriori indagini perché contenevano una speciale sequenza di geni – noti come gruppi di geni biosintetici – che codificano enzimi in grado di produrre una vasta gamma di sostanze chimiche.

È così che i batteri producono sostanze chimiche molto complicate e utili. Quasi tutti i nostri antimicrobici e molti dei nostri trattamenti farmacologici derivano in ultima analisi da questi gruppi di geni biosintetici batterici.

Cosa ci si aspetta per il futuro

Dopo aver ricostruito le sequenze geniche, il team ha sintetizzato e trasferito il materiale genetico in batteri viventi, che hanno proceduto a produrre le sostanze biochimiche codificate dagli antichi geni.

Questa è stata la conferma che i nostri assemblaggi sono corretti perché se ci fossero stati degli errori, non avrebbe funzionato affatto.

Il team di ricerca ha in programma di utilizzare la tecnica per continuare a esplorare la diversità chimica del Pleistocene, con la speranza di scoprire specie che producano nuove molecole terapeutiche, forse persino un antibiotico.

Seguici su Telegram | Instagram | Facebook | TikTok | Youtube

Fonte: Science

Ti potrebbe interessare anche: 

• Zoonosi, scoperto nell’uomo di Neanderthal il primo esempio di malattia che passa da animale a uomo
• L’uomo di Neanderthal si è estinto a causa di un’inversione dei poli magnetici. Lo studio
• Scoperti resti dell’uomo di Neanderthal di 300 mila anni fa. Lo studio tutto italiano che potrebbe cambiare la storia