stringtranslate.com

Патогенные микроорганизмы в замороженных средах

Древние бактерии, обнаруженные в вечной мерзлоте, обладают замечательным набором генов устойчивости к антибиотикам (красный). Однако их способность сопротивляться в целом ниже, чем у современных бактерий из той же области (черный). [1]

На Земле замороженные среды, такие как вечная мерзлота и ледники, известны своей способностью сохранять предметы, поскольку они слишком холодны для обычного разложения . Это делает их ценным источником археологических артефактов и доисторических окаменелостей , но это также означает, что существуют определенные риски, когда древнее органическое вещество наконец подвергается оттаиванию. Наиболее изученным риском является риск разложения такого органического вещества с выделением значительного количества углекислого газа и метана , что, таким образом, служит заметным сигналом изменения климата . Тем не менее, некоторые ученые также выразили обеспокоенность по поводу возможности того, что некоторые метаболически спящие бактерии и простейшие , а также всегда метаболически неактивные вирусы могут как пережить оттепель, так и либо напрямую угрожать человеку , либо повлиять на некоторые виды животных или растений , важные для человека. благополучие.

По состоянию на 2023 год был зарегистрирован как минимум один рецидив сибирской язвы — возбудителя, давно известного своей способностью зимовать в почве. Также было несколько случаев, когда действительно новые микроорганизмы , обнаруженные в замороженной среде, были успешно возрождены исследователями или обнаружены живыми в недавно оттаявшей среде. До сих пор большинство из них поражают только амеб , и ни один из них, как известно, не представляет опасности для людей или сельскохозяйственных культур . Из уже изученных патогенов по крайней мере одна вспышка сибирской язвы была связана с оттаиванием зараженной падали десятилетиями ; однако образцы возбудителей гриппа и оспы не смогли пережить оттепель даже в лабораторных условиях. Некоторые исследователи также выразили тревогу по поводу возможности горизонтального переноса генов между древними и современными бактериями и риска, который может усугубить проблему устойчивости к антибиотикам . В то же время другие ученые считают эти опасения преувеличенными и утверждают, что древние микроорганизмы вряд ли смогут изменить ситуацию сегодня.

Хронология исследования темы

20 век

Йохан Халтин в течение 20-го века предпринял несколько попыток культивировать вирус гриппа 1918 года, который он нашел в замороженных трупах жертв пандемии в миссии Бревиг на Аляске . Все попытки потерпели неудачу, что позволило предположить, что вирус гриппа не способен пережить оттепель после заморозки. В 1990-е годы другие ученые пытались возродить бактерии, вызывающие пневмонию , и вирус оспы , но все эти попытки также оказались безуспешными. [2]

1999 год

Группа исследователей смогла извлечь потенциально жизнеспособные микроскопические грибы , а также РНК вируса томатной мозаики из кернов льда Гренландии возрастом до 140 000 лет. [3] [4]

2004 г.

Было подсчитано, что от 10 17 до 10 21 микроорганизмов, начиная от грибов и бактерий и заканчивая вирусами , уже выбрасываются каждый год из-за таяния льда, часто прямо в океан . По мнению исследователей, стоящих за этой оценкой, только вирусы с высокой численностью, способностью переноситься сквозь лед и способностью возобновлять циклы заболеваний после оттепели могут вызывать какое-либо беспокойство.

В частности, предполагалось, что калицивирусы рода Vesivirus с наибольшей вероятностью распространяются из древних льдов из-за их высокой численности и использования океанских животных в качестве хозяев, где миграционный характер многих видов рыб и птиц потенциально может обеспечить высокую скорость передачи. Калицивирусы плохо адаптированы к человеку, и единственные известные случаи заражения произошли у морских биологов , которые тесно работали с зараженными тюленями . Однако энтеровирусы (группа, в которую входят полиовирусы , эховирусы и вирусы Коксаки ) и даже грипп А также считались менее вероятными, но все же вероятными кандидатами. [5]

2005 г.

В 1960-х годах Инженерный корпус армии США выкопал туннель Фокса на Аляске , чтобы обеспечить хороший испытательный полигон для лучшего понимания вечной мерзлоты перед строительством Трансаляскинской трубопроводной системы . К 2005 году ученые, вновь посетив этот туннель, обнаружили замороженные клетки карнобактерии плейстоцениум , возраст которых оценивается в 32 000 лет. Таяние льда вернуло их к жизни, что привело к первому задокументированному случаю, когда организм «возвращался к жизни» из древнего льда. [6] Ни одна из бактерий рода Carnobacterium не является патогенной для человека, хотя известно, что некоторые из них портят охлажденные пищевые продукты, а один вид может вызывать заболевания у рыб. [7]

2011 год

Статья двух российских ученых в журнале Global Health Action , издаваемом Университетом Умео в Швеции , предупреждает о риске того, что старые могильники крупного рогатого скота , погибшего от сибирской язвы в начале прошлого века, могут оттаять и привести к повторному заражению. появление жизнеспособного возбудителя. Авторы отмечают, что в то время на Севере России насчитывалось около 13 885 скотомогильников , значительная часть из которых не отвечала санитарным нормам, а на некоторых отсутствовали карты и другие записи. [8]

2014 год

Совершенно неизвестный растительный вирус был возрожден из замороженных отложений фекалий карибу , возраст которых составлял всего 700 лет. Его первооткрыватели назвали его «вирусом, связанным с фекалиями древнего карибу» (aCFV). Ученые также внедрили этот вирус в ткани Nicotiana benthamiana , распространенного модельного вида патогенов растений. aCFV успешно размножился, но не смог вызвать ничего, кроме бессимптомной инфекции. По мнению исследователей, это либо предполагает большую генетическую дистанцию ​​между первоначальными видами-хозяевами aCFV и более современными растениями, либо то, что N. benthamiana была просто неоптимальным хозяином для этого вида. [9]

Также в 2014 году в вечной мерзлоте Сибири были обнаружены два гигантских вида вируса возрастом около 30 000 лет , Pithovirus sibericum [10] и Mollivirus sibericum [11] , которые сохранили свою инфекционность. Как и другие гигантские вирусы с большими геномами , они больше по размеру, чем большинство бактерий, и не представляют опасности для человека, поскольку заражают другие микроорганизмы, такие как Acanthamoeba , род амеб. [11]

2016 год

Вспышка сибирской язвы произошла на полуострове Ямал на севере России . Считалось, что это связано с трупом инфицированного северного оленя , который умер 75 лет назад, но оттаял после сильной жары . Заразилось более 2000 оленей, и болезнь распространилась на людей, в результате чего десятки человек были госпитализированы и погиб ребенок, прежде чем вспышка была локализована. [12]

2023 год

Некоторые из древних вирусов, питающихся амебами, возрождены исследовательской группой Жана-Мишеля Клавери. По часовой стрелке сверху: Пандоравирусная едома ; Пандоравирус мамонта и Мегавирус мамонта ; Цедравирус Лена ; Питовирус мамонта ; Мегавирус мамонта ; Пакманвирусная волчанка . [13]

Та же группа французских исследователей, которая стояла за возрождением двух гигантских вирусов в 2014 году, также сумела возродить еще 8 древних видов вирусов, заражающих амебу. Четыре из этих видов принадлежали к семействам пандоравирусов , цедравирусов (иногда классифицируемых как подгруппа питовирусов), мегавирусов и пакманвирусов (часть Asfarviridae ), которые ранее не возрождались из вечной мерзлоты. Кроме того, еще пять видов из этих семейств были обнаружены в уже оттаявшей вечной мерзлоте, возраст которых определить невозможно. Самым старым возрожденным вирусом был едома Пандоравируса возрастом 48 500 лет . [13] [14]

Современное научное понимание

Ученые расходятся во мнениях относительно того, могут ли возрожденные микроорганизмы из вечной мерзлоты представлять значительную угрозу для человека. Жан-Мишель Клавери, который возглавлял наиболее успешные попытки возродить такие «вирусы-зомби», считает, что угроза для общественного здравоохранения , исходящая от них, недооценена, и что, хотя его исследования были сосредоточены на вирусах, заражающих амебы, это решение было частично мотивировано желание избежать распространения вируса , а также удобство, и «можно разумно сделать вывод», что другие виды вирусов также останутся заразными. [13] [14] Другой профессор, Биргитта Эвенгард, утверждала, что оттаивание вечной мерзлоты в конечном итоге обнажит микроорганизмы, старше человеческого вида, и к которым не будет ранее существовавшего иммунитета. В том же интервью Клавери даже предположил, что древние микроорганизмы могли быть причиной или способствовать вымиранию неандертальцев и мамонтов и что они все еще могут сохраняться в вечной мерзлоте. [15] С другой стороны, вирусолог из Университета Британской Колумбии Кертис Саттл утверждает, что «люди уже вдыхают тысячи вирусов каждый день и глотают миллиарды всякий раз, когда плавают в море». По его мнению, вероятность того, что замороженный вирус размножится, а затем будет циркулировать в достаточной степени, чтобы угрожать людям, «доводит научную рациональность до предела». [16]

В то время как некоторые указывают на вспышку на полуострове Ямал в 2016 году как на пример опасностей, связанных с оттепелью, [12] другие утверждают, что сибирская язва не является патогеном, который может заразно распространяться между людьми, и что она известна своей способностью оставаться в дремлющем состоянии в организме человека. почву со времен Средневековья , не требуя для этого холода. [2] Некоторые ученые утверждают, что неспособность Халтина оживить размороженный вирус гриппа, а также неспособность других исследователей оживить бактерии, вызывающие пневмонию , или вирусы оспы показывают, что патогены, адаптированные к теплокровным хозяевам, не могут выжить в замороженном состоянии в течение длительного периода времени. время. [2] [17] Однако многие вирусы, заражающие амебу, возрожденные в ходе исследования Клавери в 2023 году, были взяты из места возрастом около 27 000 лет с «большим количеством шерсти мамонта », и был обнаружен один вид, Pacmanvirus lupus . в кишечнике такого же старого трупа сибирского волка . [13]

Существует определенное мнение, что возрожденные бактерии будут менее опасны, чем возрожденные вирусы, поскольку на них все равно будут воздействовать антибиотики широкого спектра действия и не потребуются совершенно новые методы лечения. [13] Однако они также не будут полностью уязвимы из-за открытия древних генов устойчивости к антибиотикам в образцах вечной мерзлоты. К антибиотикам, к которым бактерии вечной мерзлоты проявляют хотя бы некоторую устойчивость, относятся хлорамфеникол , стрептомицин , канамицин , гентамицин , тетрациклин , спектиномицин и неомицин . [18] Некоторые ученые считают горизонтальный перенос генов новых последовательностей устойчивости к антибиотикам из безвредных древних бактерий в современные патогены гораздо более реальной угрозой, чем возрождение древнего патогена. [19] В то же время другие исследования показывают, что уровень резистентности древних бактерий к современным антибиотикам остается ниже, чем у современных бактерий из активного (талого) слоя над ними, [1] предполагая, что этот риск «не превышает» в любой другой почве. [17]

Согласно интервью 2023 года с Марион Купманс , главой Нидерландской универсальной обсерватории по новым инфекционным заболеваниям (VEO), меры предосторожности, принимаемые исследователями, изучающими потенциально опасные участки в Гренландии, включают в себя отказ от начала новых раскопок, а только анализ мест, которые уже собирались провести. быть изучены археологами , носящими защитное снаряжение в полевых условиях и работающими в лаборатории в соответствии с высокими стандартами BSL . Если будет обнаружено место, содержащее потенциально опасный микроорганизм, они имеют право рекомендовать Наалаккерсуисут закрыть доступ в этот район. [20]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ аб Перрон, Габриэль Г.; Уайт, Лайл; Тернбо, Питер Дж.; Гурдиал, Жаклин; Ханаге, Уильям П.; Дантас, Гаутама; Десаи, Майкл М. Десаи (25 марта 2015 г.). «Функциональная характеристика бактерий, выделенных из древней арктической почвы, раскрывает разнообразные механизмы устойчивости к современным антибиотикам». ПЛОС ОДИН . 10 (3): e0069533. Бибкод : 2015PLoSO..1069533P. дои : 10.1371/journal.pone.0069533 . ПМЦ  4373940 . ПМИД  25807523.
  2. ^ abc Дуклефф, Микалин. «Существуют ли зомби-вирусы, подобные гриппу 1918 года, тающие в вечной мерзлоте?». NPR.org . Архивировано из оригинала 24 апреля 2023 года . Проверено 4 апреля 2023 г.
  3. ^ Ма, Лицзюнь; Катранис, Кэтрин М.; Стармер, Уильям Т.; Роджерс, Скотт О. (1999). «Возрождение и характеристика грибов древних полярных льдов». Миколог . 13 (2): 70–73. дои : 10.1016/S0269-915X(99)80012-3.
  4. ^ Кастелло, Джон Д.; Роджерс, Скотт О.; Стармер, Уильям Т.; Катранис, Кэтрин М.; Ма, Лицзюнь; Баханд, Джордж Д.; Чжао, Инхао; Смит, Джеймс Э. (1999). «Обнаружение РНК тобамовируса мозаики томата в древнем ледниковом льду». Полярная биология . 22 (3): 207–212. Бибкод : 1999PoBio..22..207C. дои : 10.1007/s003000050411. S2CID  19202446.
  5. ^ Смит, Элвин В.; Скиллинг, Дуглас Э.; Кастелло, Джон Д.; Роджерс, Скотт О. (1 января 2004 г.). «Лед как резервуар патогенных вирусов человека: калицивирусов, вирусов гриппа и энтеровирусов». Медицинские гипотезы . 63 (4): 560–566. дои : 10.1016/j.mehy.2004.05.011. ПМИД  15324997.
  6. ^ Пикута, EV (1 января 2005 г.). «Carnobacterium pleistocenium sp. nov., новый психротолерантный факультативный анаэроб, выделенный из вечной мерзлоты туннеля Фокс на Аляске». Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии . 55 (1): 473–478. дои : 10.1099/ijs.0.63384-0 . ПМИД  15653921.
  7. ^ Лейснер, Джей Джей; Лаурсен, Б.Г.; Прево, Х; Дридер, Д; Далгаард, П. (сентябрь 2007 г.). «Карнобактерии: положительные и отрицательные эффекты в окружающей среде и продуктах питания». Обзоры микробиологии FEMS . 31 (5): 592–613. дои : 10.1111/j.1574-6976.2007.00080.x. ПМК 2040187 . ПМИД  17696886. 
  8. ^ Ревич, Борис А.; Подольная, Марина А. (21 ноября 2011 г.). «Таяние вечной мерзлоты может нарушить исторические скотомогильники в Восточной Сибири». Глобальное действие в области здравоохранения . 4 (1): 8482. doi : 10.3402/gha.v4i0.8482 . ПМК 3222928 . ПМИД  22114567. 
  9. ^ Нг, Терри Фей Фан; Чен, Ли-Фан; Чжоу, Янчен; Шапиро, Бет; Стиллер, Матиас; Хайнцман, Питер Д.; Варсани, Арвинд; Кондов, Никола О.; Вонг, Уолт; Дэн, Сютао; Эндрюс, Томас Д.; Мурман, Брайан Дж.; Меулендик, Томас; Маккей, Глен; Гилбертсон, Роберт; Делварт, Эрик (27 октября 2014 г.). «Сохранение вирусных геномов в фекалиях 700-летних карибу из субарктического ледника». Труды Национальной академии наук . 111 (47): 16842–16847. Бибкод : 2014PNAS..11116842N. дои : 10.1073/pnas.1410429111 . ПМК 4250163 . ПМИД  25349412. 
  10. ^ Лежандр, Матье; Бартоли, Джулия; Шмакова, Любовь; Джуди, Сандра; Лабади, Карин; Адрайт, Энни; Лескот, Магали; Пуаро, Оливье; Берто, Лайонел; Брюли, Кристоф; Куте, Йоханн (2014). «Тридцатитысячелетний дальний родственник гигантских икосаэдрических ДНК-вирусов с морфологией пандоравируса». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 111 (11): 4274–4279. Бибкод : 2014PNAS..111.4274L. дои : 10.1073/pnas.1320670111 . JSTOR  23771019. PMC 3964051 . ПМИД  24591590. 
  11. ^ аб Лежандр, Матье; Лартиг, Одри; Берто, Лайонел; Джуди, Сандра; Бартоли, Джулия; Лескот, Магали; Алемпик, Жан-Мари; Рамус, Клэр; Брюли, Кристоф; Лабади, Карин; Шмакова, Любовь (2015). «Углубленное исследование Mollivirus sibericum, нового гигантского вируса возрастом 30 000 лет, поражающего акантамебу». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 112 (38): Е5327–Е5335. Бибкод : 2015PNAS..112E5327L. дои : 10.1073/pnas.1510795112 . JSTOR  26465169. PMC 4586845 . ПМИД  26351664. 
  12. ^ ab «Вспышка сибирской язвы в России считается результатом таяния вечной мерзлоты» . NPR.org . Архивировано из оригинала 22 сентября 2016 г. Проверено 24 сентября 2016 г.
  13. ^ abcde Алемпик, Жан-Мари; Лартиг, Одри; Гончаров Артемий; Гроссе, Гвидо; Штраус, Йенс; Тихонов Алексей Н.; Федоров Александр Н.; Пуаро, Оливье; Лежандр, Матье; Сантини, Себастьен; Абергель, Шанталь; Клавери, Жан-Мишель (18 февраля 2023 г.). «Обновленная информация об эукариотических вирусах, возрожденных из древней вечной мерзлоты». Вирусы . 15 (2): 564. дои : 10.3390/v15020564 . ПМЦ 9958942 . ПМИД  36851778. 
  14. ↑ Аб Алунд, Натали Нейса (9 марта 2023 г.). «Ученые возрождают «вирус зомби», который был заморожен почти 50 000 лет». США сегодня . Архивировано из оригинала 24 апреля 2023 г. Проверено 23 апреля 2023 г.
  15. Деван, Пандора (12 ноября 2023 г.). «Ученые опасаются, что из вечной мерзлоты Земли возникнет катастрофический« Фактор X »». Newsweek . Архивировано из оригинала 21 ноября 2023 года . Проверено 14 декабря 2023 г.
  16. Йонг, Эд (3 марта 2014 г.). «Гигантский вирус воскрес из 30 000-летнего льда». Природа . Архивировано из оригинала 24 апреля 2023 г. Проверено 24 апреля 2023 г.
  17. ^ Аб Ву, Рэйчел; Трубль, Гарет; Тас, Неслихан; Янссон, Джанет К. (15 апреля 2022 г.). «Вечная мерзлота как потенциальный резервуар патогенов». Одна Земля . 5 (4): 351–360. Бибкод : 2022OEart...5..351W. дои : 10.1016/j.oneear.2022.03.010 . S2CID  248208195.
  18. ^ Майнер, Кимберли Р.; Д'Андрилли, Джулиана; Макельпранг, Рэйчел; Эдвардс, Арвин; Маласка, Майкл Дж.; Уолдроп, Марк П.; Миллер, Чарльз Э. (30 сентября 2021 г.). «Появляющиеся биогеохимические риски, связанные с деградацией вечной мерзлоты Арктики». Природа Изменение климата . 11 (1): 809–819. Бибкод : 2021NatCC..11..809M. дои : 10.1038/s41558-021-01162-y. S2CID  238234156.
  19. ^ Саджад, Васим; Рафик, Мухаммед; Дин, Гуфрануд; Хасан, Фариха; Икбал, Авайс; Зада, Сахиб; Али, Баркат; Хаят, Мухаммед; Ирфан, Мухаммед; Канг, Шичан (15 сентября 2020 г.). «Воскресение неактивных микробов и резистомов, присутствующих в естественном замороженном мире: реальность или миф?». Наука об общей окружающей среде . 735 : 139275. Бибкод : 2020ScTEn.73539275S. doi : 10.1016/j.scitotenv.2020.139275. PMID  32480145. S2CID  219169932.
  20. ^ Коэн, Джон (2023). «Скрывается в морозе?». Наука . 381 (6665): 1406–1407. Бибкод : 2023Sci...381.1406C. doi : 10.1126/science.adl0420. PMID  37769079. S2CID  263135356. Архивировано из оригинала 2 октября 2023 года . Проверено 26 октября 2023 г.