Nella serie TV Star Trek, di cui è in arrivo un nuovo film, i Borg sono alieni cibernetici che assimilano umani e altre creature come mezzo per raggiungere la perfezione. Così, quando Jill Banfield, una geomicrobiologa dell’Università della California, Berkeley, ha setacciato il DNA nel fango del suo cortile e ha scoperto uno strano cromosoma lineare che includeva geni di una varietà di microbi, suo figlio Trekkie ha proposto di chiamarlo come loro.
Il nuovo tipo di materiale genetico mistero, forse faceva parte di un genoma virale, forse era uno strano batterio, o forse era solo un pezzo indipendente di DNA esistente al di fuori delle cellule. Qualunque cosa sia, è “piuttosto eccitante”, afferma W. Ford Doolittle, un biologo evoluzionista della Dalhousie University che non è stato coinvolto nel lavoro.
I ricercatori hanno trovato molti esempi di DNA che fluttuano indipendentemente al di fuori del cromosoma o dei cromosomi che compongono il genoma standard di un organismo. Piccole anse chiamate plasmidi, per esempio, esistono all’interno dei microbi e traghettano geni per contrastare gli antibiotici tra diversi tipi di batteri.
Ma Banfield non stava cercando il DNA che potesse muoversi tra gli organismi. Invece, lei e lo studente laureato Basem Al-Shayeb stavano cercando virus che infettano l’archaea, un tipo di microbo che si trova spesso in luoghi privi di ossigeno.
Hanno scavato 1 metro o più sotto la superficie e raccolto campioni di fango che potrebbero ospitare archaea e i loro virus. Successivamente, sequenziarono ogni tratto di DNA nei campioni e utilizzavano sofisticati programmi per computer per cercare sequenze che indicassero un virus, piuttosto che qualsiasi altro organismo.
“Abbiamo iniziato con un pezzo di fango e 10 trilioni di pezzi di DNA”, afferma Banfield. Un campione, prelevato dal fango sulla sua proprietà, conteneva un tratto di DNA pieno di geni lungo quasi 1 milione di basi e più della metà dei geni erano nuovi.
Questo tratto lineare di DNA aveva anche un particolare schema di basi all’inizio e alla fine, tratti distinti di DNA ripetitivo tra i suoi geni e due punti lungo la sequenza in cui poteva iniziare la duplicazione del DNA, il che indicava che i Borg potevano fare copie di se stessi. Insieme, questo ha suggerito che non era solo una miscela casuale di geni.
Dopo aver identificato la prima sequenza Borg, i ricercatori hanno iniziato a scansionare il DNA microbico nei database pubblici per vedere se potevano trovare qualcosa di simile. Hanno trovato alcune variazioni nelle acque sotterranee del Colorado: lì, il primo presunto Borg è apparso a circa 1 metro di profondità ed è diventato più abbondante via via che si scendeva in profondità.
Altre versioni sono emerse nel DNA dallo scarico di una miniera di mercurio abbandonata a Napa, in California, e da un alveo poco profondo dell’East River in Colorado. Complessivamente, i ricercatori hanno isolato 23 sequenze che pensano possano essere Borg e 19 hanno identificato come aventi tutte le caratteristiche del primo Borg che hanno scoperto, scrivono questa settimana sul server di prestampa bioRxiv.
Alcuni sono lunghi quasi 1 milione di basi. “Non credo che nient’altro che sia stato scoperto sia grande quanto questi ragazzi”, tra gli elementi del DNA extracromosomico precedentemente noti, dice Doolittle.
I Borg non ci assimileranno, ma restano una scoperta troppo affascinante
In ogni luogo, copie dei Borg si sono verificate insieme al DNA legato a un archeon ossidante metano chiamato Methanoperedens. Ciò suggerisce che i Borg potrebbero esistere all’interno del microbo, dicono i ricercatori.
Ma poiché Methanopeedens non può essere coltivato in un laboratorio, il team non è stato in grado di confermare questo sospetto. Nel frattempo, i membri del team hanno escluso la possibilità che i Borg provengano da un altro microbo, poiché mancano di molti geni necessari per la vita o di un virus, che in genere ha cromosomi più corti.
Ma Graham Hatfull, un microbiologo dell’Università di Pittsburgh, si chiede se potrebbero esserci altri virus di grandi dimensioni, simili ai virus invasori di batteri che ha contribuito a scoprire, che infettano l’archaea.
I Borg potrebbero essere una parte di tali virus? Dimostrarlo sarà una sfida, ammette. “Se vuoi conoscere la biologia Borg, è sperimentalmente davvero difficile.” Una cosa che la scoperta rafforza, dice, è l’idea che molti elementi genetici possono saltare tra i cromosomi di un organismo o tra organismi, rendendo più facile per le creature acquisire nuovi geni per adattarsi ai cambiamenti nel loro ambiente.
Ogni Borg, che ora prende il nome da colori come “oliva” e “lilla”, include non solo nuovi geni, ma anche geni riconoscibili le cui funzioni gli scienziati già conoscono. Ad esempio, alcuni contengono geni importanti per la lavorazione del metano; tali geni sembrano essere stati acquisiti da microbi specifici, come Methanopeedens.
Poiché il metano è un gas serra che molti microbi scompongono o producono, i ricercatori suggeriscono che i Borg possono influenzare quel ciclo aumentando la capacità del suo ospite di elaborare il metano.
Banfield dice che lei e i suoi colleghi non sanno davvero come siano nati i Borg, ma sospettano che un tempo le sequenze di DNA fossero i genomi di un parente stretto di Methanopeedens che è stato raccolto e ha iniziato a vivere all’interno dell’archeon. Eventuale DNA, ora molto modificato, rimane all’interno del microbo, ma separato dal proprio cromosoma.
Banfield spera che la scoperta del suo team porti altri ricercatori a cercare i Borg nei loro microbi preferiti, in particolare quelli in ambienti con poco o nessun ossigeno. E Hatfull prevede che ce ne saranno di nuovi trovati in microbi diversi da Methanopeedens. Nel frattempo, lui e altri ricercatori stanno aspettando con impazienza la versione sottoposta a revisione paritaria del documento di Banfield e il lavoro sperimentale di conferma sui Borg. “Quali sono?” chiede Doolittle. “È una domanda interessante che richiede una risposta”.
