Próbki wody oceanicznej zebrane na całym świecie dostarczyły ogromnej ilości nowych danych na temat wirusów RNA, rozszerzając możliwości badań ekologicznych i zmieniając nasze rozumienie ich ewolucji. W ramach tych badań międzynarodowy zespół naukowców zidentyfikował 5500 nowych gatunków wirusów RNA. Wyniki analiz sugerują też, że istnieje co najmniej pięć nowych gromad wirusów RNA.
Najobfitsza kolekcja nowo zidentyfikowanych gatunków należy do gromady Taraviricota. Nazwa pochodzi od szkunera Tara, który zebrał 35 tys. próbek wody z całego świata. To one zostały następnie poddane analizie przy wykorzystaniu najnowocześniejszych technologii, w tym uczenia maszynowego. Statek należy do Tara Oceans Consortium, które prowadzi globalne badania wpływu zmian klimatycznych na światowe oceany.
- Mamy tu do czynienia z ogromną różnorodnością. Cała gromada Taraviricota została znaleziona w oceanach, co sugeruje, że jest ona ważna z ekologicznego punktu widzenia - mówi główny autor badań Matthew Sullivan, profesor mikrobiologii na Uniwersytecie Stanowym Ohio. - Wirusy RNA są bez wątpienia ważne w naszym świecie. Zazwyczaj badamy jednak tylko niewielki ich wycinek: kilkaset gatunków, które szkodzą ludziom, roślinom i zwierzętom. Chcieliśmy przeprowadzić badania na bardzo dużą skalę i przeanalizować środowisko, któremu nikt do tej pory nie poświęcał zbyt wiele uwagi – tłumaczy Sullivan.
Wyniki analiz opublikowano w „Science” (DOI: 10.1126/science.abm5847).
Drobnoustroje są niezbędnym składnikiem wszelkiego życia na naszej planecie. Z kolei wirusy, które je infekują lub wchodzą z nimi w interakcje, mają różnorodny wpływ na funkcje życiowe mikrobów. Uważa się, że tego typu wirusy pełnią trzy główne funkcje: zabijają komórki, zmieniają sposób, w jaki zainfekowane komórki gospodarują energią oraz przenoszą geny z jednego gospodarza na drugiego.
Naukowcy uważają, że większa wiedza na temat różnorodności i liczebności wirusów w oceanach świata pomoże wyjaśnić rolę morskich mikrobów w adaptacji oceanów do zmian klimatu. Oceany pochłaniają połowę wytwarzanego przez człowieka dwutlenku węgla z atmosfery, a wcześniejsze badania sugerowały, że wirusy są „pokrętłem” pompy biologicznej, która wpływa na sposób magazynowania węgla w wodach morskich.
Odnalezienie tak ogromnej liczby nowych gatunków stworzyło konieczność zmian taksonomicznych. Setki odkrytych wirusów pasowało do dotychczasowych podziałów, jednak wiele nie nadawało się do klasyfikacji. Międzynarodowy Komitet Taksonomii Wirusów (ICTV) wyróżnił więc pięć nowych gromad wirusów RNA.
Nowo zaproponowane gromady to: Taraviricota, Pomiviricota, Paraxenoviricota, Wamoviricota i Arctiviricota. W gromadach Taraviricota i Arctiviricota występują bardzo liczne gatunki wirusów i to w ważnych dla klimatu wodach Oceanu Arktycznego. To w tamtym rejonie świata globalne ocieplenie powoduje największe spustoszenia.
Zespół Sullivana od dawna kataloguje nowe gatunki wirusów występujące w oceanach, zwiększając ich liczbę z kilku tysięcy znanych w 2015 roku do 200 tys. w 2019 roku.
W przypadku nowych badań naukowcy mieli dostęp tylko do cząstek wirusów RNA. Badacze wyodrębnili sekwencje z genów wyrażonych w organizmach morskich i zawęzili analizę do sekwencji RNA zawierających charakterystyczny gen, zwany RdRp, który ewoluował przez miliardy lat w wirusach RNA i nie występuje w innych wirusach ani komórkach.
Ponieważ RdRp istniał już w momencie pojawienia się życia na Ziemi jego sekwencja zmieniała się wielokrotnie. Oznacza to, że tradycyjne drzewa filogenetyczne nie mogły być opisane wyłącznie za pomocą tej sekwencji. Zespół wykorzystał więc uczenie maszynowe, aby uporządkować 44 tys. nowych sekwencji między innymi poprzez porównanie ich z już zidentyfikowanymi wirusami RNA. - Musieliśmy porównać to, co znane, aby zbadać to, co nieznane - mówi Sullivan.
Dalsza analiza z wykorzystaniem trójwymiarowych reprezentacji struktur sekwencji ujawniła, że skupisko 5 500 nowych gatunków nie pasuje do pięciu istniejących gromad wirusów RNA sklasyfikowanych w królestwie Orthornavirae. - Porównaliśmy nasze grupy z ustalonymi, uznanymi taksonomiami opartymi na filogenezie i w ten sposób stwierdziliśmy, że mamy więcej gromad - mówi współautor pracy Ahmed Zayed.
W sumie wyniki badań skłoniły badaczy do zaproponowania nie tylko pięciu nowych gromad, ale także co najmniej 11 nowych klas wirusów RNA. Zespół przygotowuje wniosek, aby ICTV sformalizowało i wprowadziło do oficjalnych taksonomii te kandydackie klasy i gromady.
Zayed przekonuje, że zakres nowych danych na temat różnicowania się genu RdRp w czasie pozwala lepiej zrozumieć, jak mogło rozwinąć się wczesne życie na naszej planecie. - RdRp jest przypuszczalnie jednym z najbardziej starożytnych genów, istniał zanim powstało DNA – mówi badacz. - Tak więc nie tylko śledzimy początki wirusów, ale także początki życia – dodaje.
Źródło: Ohio State University
