Nieuwe studie waarschuwt voor gevaren van ’tijdreizende ziekteverwekkers’

Meld u aan voor de Wonder Theory-wetenschapsnieuwsbrief van CNN. Verken het universum met nieuws over verbazingwekkende ontdekkingen, wetenschappelijke vorderingen en meer.

CNN
–

Terwijl het klimaat opwarmt, hebben wetenschappers gesuggereerd dat “tijdreizende ziekteverwekkers” die vrijkomen door het ontdooien van Arctische permafrost een bedreiging kunnen vormen voor moderne ecosystemen.

permafrost Het is een stevige laag bevroren grond gemaakt van aarde, zand en stenen binnenin Hoge breedtegraden of verhogingen Zoals Groenland, Alaska, Siberië, het Tibetaanse Plateau en Noord-Canada. Uit nieuw onderzoek blijkt dat deze ijslaag microben vasthoudt die lange tijd slapend blijven, maar een opwarmende planeet zou de juiste omstandigheden kunnen creëren voor deze ziekteverwekkers om uit het verleden terug te keren.

Om mogelijke milieu-invloeden beter te begrijpen, heeft een internationaal team van onderzoekers de interacties tussen een oud virus en moderne bacteriën numeriek gemodelleerd in een studie die op 27 juli in het tijdschrift Nature is gepubliceerd. PLOS Computationele Biologie.

Door middel van tienduizenden iteraties volgde het onderzoeksteam hoe het virus de soortendiversiteit in de bacteriële gemeenschap beïnvloedde. Ongeveer 1% van de oude virussen veroorzaakt grote verstoringen van digitale ecosystemen. De ziekteverwekker verhoogde de diversiteit met maximaal 12% of, omgekeerd, verminderde de soortendiversiteit met 32%. Niet alleen overleefden de virale indringers, ze evolueerden in de loop van de tijd, waardoor het systeem uit balans raakte.

De onderzoekers gebruikten software genaamd Avida om te simuleren of ziekteverwekkers met succes een ecosysteem zouden binnendringen. In een tweedimensionaal netwerk interageerden bacteriële organismen met hun omgeving om te strijden om energie en ruimte. Concurrenten die hun niche hebben gevonden, kunnen zich voortplanten en overleven tijdens de toernooien.

Daarbij waren er kleine reproductiefouten die genetische diversiteit creëerden, Wat leidde tot meer complexiteit milieu systeem. Toen het virus deze omgeving binnendrong, kon het, net als elke andere parasiet, alleen energie verkrijgen door geschikte bacteriële gastheren uit te filteren. De gastheren konden toen niet de energie ontvangen die ze nodig hadden om te overleven of zich voort te planten, en stierven vervolgens.

Betekent dit dat bijna een derde van de mensen en andere organismen het risico loopt binnenkort te sterven aan een ontwaakte virale ziekte? Nee. Maar hoofdauteur Giovanni Strona en co-auteur Cory Bradshaw zeiden dat de bevindingen een extra punt van zorg toevoegen aan de risico’s van een steeds warmer wordend klimaat.

In de afgelopen twee decennia is er meer onderzoek gedaan naar het begrijpen van de gevolgen ontdooien permafrost In arctische gebieden, zoals A NASA-onderzoek januari 2022 dat de effecten onderzocht van het vrijkomen van koolstof tijdens plotselinge dooigebeurtenissen en Jean-Michel Clavery’s tien jaar durende blik op besmettelijke ziekteverwekkers die vastzitten in permafrost.

Claverie, emeritus hoogleraar geneeskunde en genomica aan de Faculteit der Geneeskunde van de Universiteit van Aix-Marseille, heeft in 2014 en 2015 wat hij “zombie”-virussen uit permafrost noemde, nieuw leven ingeblazen, en hij en zijn team hebben vijf nieuwe families van oude virussen gemeld die amoeben kunnen infecteren in een studie in februari, zoals eerder gemeld door CNN. Het onderzoek dat Clavery leidde, toonde aan dat oude microben besmettelijk kunnen blijven, ondanks dat ze tienduizenden jaren inactief zijn geweest.

Gebruikmakend van deze veronderstelling uit het werk van Claverie, ontwierpen Bradshaw, directeur van het Global Environment Laboratory aan de Flinders University in Australië, en Strona, senior onderzoeker bij het Gemeenschappelijk Centrum voor Onderzoek van de Europese Commissie, een simulatie om de gevolgen van deze ziekteverwekkers te bepalen.

En hoewel 1% van de ziekteverwekkers die een grote verstoring veroorzaken laag lijkt, ontsnappen er elk jaar 4 sextiljoen cellen uit de permafrost, zei Bradshaw. Dit is veel meer dan Het aantal sterren in de melkweg.

“Eén procent op 4 sextiljoen is een getal dat de meeste mensen niet eens kunnen bedenken. Er zijn heel veel kansen dat dat gebeurt. De mogelijkheid is zeldzaam voor één virus, maar er zijn veel mogelijke virussen”, vertelde hij aan CNN in een telefonisch interview.

Bradshaw vergelijkt permafrostvirussen met andere invasieve soorten. In de echte wereld mislukken de meeste invasies, wat de studie weerspiegelde. Hij zei dat de reden dat we nog steeds problemen hebben met invasieve soorten, is omdat er zoveel introducties zijn in het ecosysteem.

Lees verder: Invasieve soorten over de hele wereld in beeld

Strona zei dat tijdens de succesvolle invasie-evenementen van de studie het resulterende verlies aan soortendiversiteit van 32% niet betekent dat het virus een derde van alle bacteriën in het digitale ecosysteem heeft gedood. In plaats daarvan betekent het dat het hele ecosysteem een ​​verlies van 32% aan bacteriële diversiteit ondervond.

Wanneer virussen bacteriën infecteren en hun gastheren doden, zijn de gevolgen voor het ecosysteem catastrofaal. Hulpbronnen die ooit in evenwicht bestonden, waren niet meer beschikbaar, zei Bradshaw, dus de overgebleven soorten werden gedwongen tot een wapenwedloop om te overleven. Roofdieren en prooi Ze vochten voor het gebruik van middelen die overbleven, wat resulteerde in een onevenwichtig systeem. Als er minder roofdieren waren die de prooi aten, bloeide de prooi, werd hij bevolkt en verbruikte hij meer hulpbronnen. Vervolgens verminderde overproductie het aantal prooien in het natuurlijke ruimingsproces. Als er meer roofdieren waren, zouden ze veel meer prooien consumeren om te overleven, wat tot hetzelfde resultaat leidt.

De onderzoekers ontdekten dat de introductie van het virus de enige oorzaak was van deze grote fluctuatie in soortendiversiteit.

Moderne organismen, inclusief de mens, hebben weinig of geen natuurlijke verdedigingsmechanismen voor oude ziekteverwekkers. Voor het onderzoeksteam, zeiden Strona en Bradshaw, is de studie meer een oproep tot actie dan een echte waarschuwing.

“We hoeven nu niet aan de bel te trekken”, zegt dr. Kimberly Miner, klimaatwetenschapper bij NASA’s Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië. Ze zei dat ze gelooft dat er meer dringende zorgen zijn over de klimaatcrisis die beter beheersbaar zou kunnen zijn, zoals het vertragen van het vrijkomen van koolstof in de atmosfeer.

De studie is een geweldige eerste stap in het identificeren van risico’s van deze onbekende varianten, zei Miner, die niet betrokken was bij dit onderzoek. Maar de mogelijkheid van infectie door deze opkomende ziekteverwekkers blijft “hoogst onwaarschijnlijk”.

Gebieden met de permafrost van de aarde zijn dunbevolkt. Als de oude ziekteverwekkers er op de een of andere manier in zouden slagen te ontsnappen, zouden ze het moeilijk hebben om mensen te vinden om te infecteren. Bovendien ontdooit permafrost het hele jaar door geleidelijk met een snelheid van ongeveer 1,2 inch (3 centimeter) per seizoen, en de meeste van de 4-zestien miljard cellen komen vrij tijdens deze geleidelijke dooi, zei Miner.

Ze legde uit dat het plotselinge ontdooien van de permafrost in het Noordpoolgebied, dat soms zo snel mogelijk gedurende een paar dagen optreedt, “onze grootste zorg is in termen van het vrijgeven van organismen waarvan we niets weten.”

Naarmate de wereldwijde gemiddelde temperatuur stijgt, zullen deze plotselinge meltdowns vaker voorkomen. Na recordhoge temperaturen in juli hebben dronebeelden de grootste krater van Siberië vastgelegd die is overspoeld door permafrost terwijl het ijs onder de grond ontdooit.

Strona en Bradshaw wijzen erop dat er meer onderzoek nodig is om de implicaties van hun bevindingen uit te breiden naar mens of dier. De onderzoekers zeiden dat het hun bedoeling was om een ​​raamwerk te bieden voor het beoordelen van de risico’s van biologische indringers uit een vervlogen tijdperk.

In al deze gevallen, aldus de auteurs van het onderzoek, is de enige preventieve maatregel – of het nu gaat om zeespiegelstijging, dodelijke hitte of opkomende ziekteverwekkers – het vertragen of stoppen van de koolstofemissies die de opwarming van de aarde stimuleren en de Arctische ecosystemen beschermen. Zonder dat te doen, zeiden ze, zou milieucascadering geen sciencefiction zijn.