Analiza takođe sugeriše da je mali deo ovih novoidentifikovanih vrsta „ukrao“ gene organizama koje su zarazili, pomažući istraživačima da identifikuju pretpostavljene domaćine i funkcije u morskim procesima.

Osim mapiranja izvora temeljnih ekoloških podataka, istraživanje vodi do potpunijeg razumevanja uloge ovih sićušnih čestica u ekosistemu okeana.

„Nalazi su važni za razvoj modela i predviđanje onoga što se dešava sa ugljenikom“, rekao je Ahmed Zajed, naučnik u oblasti mikrobiologije na Državnom univerzitetu Ohajo i koautor studije.

Skladištenje ugljenika u morima

Glavni autor Metju Salivan, profesor mikrobiologije u državi Ohajo, predviđa identifikaciju virusa koji bi, kada bi bili projektovani u masovnim razmerama, mogli da funkcionišu kao kontrolisani „dugmići“ na biološkoj pumpi koja utiče na to kako se ugljenik u okeanu skladišti.

„Kako ljudi unose više ugljenika u atmosferu, zavisimo od ogromnog kapaciteta okeana da uspori klimatske promene. Sve više postajemo svesni da bismo možda morali da podesimo pumpu na razmere okeana, “, rekao je Salivan.

“Bili bismo zainteresovani za viruse koji bi mogli da se programiraju ka hvatanju ugljenika, što omogućava sistemu da raste, proizvodi sve veće i veće ćelije i tone. A ako potone, dobijamo još nekoliko stotina ili hiljadu godina od najgoreg efekti klimatskih promena. Mislim da društvo u osnovi računa na tu vrstu tehnološkog rešenja, ali to je složen temeljni naučni problem koji treba razdvojiti.

Ovi RNK virusi su otkriveni u uzorcima planktona koje je prikupio Konzorcijum za okeane. Međunarodni napori imaju za cilj da pouzdano predvide kako će okean reagovati na klimatske promene tako što će se upoznati sa misterioznim organizmima koji tamo žive. Ovi organizmi apsorbuju polovinu ugljenika koji su ljudi proizvedelii i proizvode polovinu kiseonika koji udišemo.

Bez pretnje po ljude

Iako ove morske virusne vrste ne predstavljaju pretnju po ljudsko zdravlje, ponašaju se kao i svi virusi, svaki zarazi drugi organizam i koristi svoju ćelijsku mašineriju da napravi kopije sebe. Iako se ishod uvek može smatrati lošim za domaćina, aktivnosti virusa mogu da donesu koristi za životnu sredinu – na primer, pomažu u raspršivanju štetnog cvetanja algi.

Trik da se definiše gde se oni uklapaju u ekosistem je razvijanje računarskih tehnika koje mogu dobiti informacije o RNK virusnim funkcijama i domaćinima iz fragmenata genoma koji su, prema standardima genomike, mali za početak.

„Dozvoljavamo da nam podaci budu vodič“, rekao je prvi autor Giljermo Domingez-Uerta, bivši postdoktorski istraživač u Salivanovoj laboratoriji.

Statistička analiza 44.000 sekvenci otkrila je strukturne obrasce virusne zajednice koje je tim koristio da dodeli RNA virusne zajednice u četiri ekološke zone: arktička, antarktička, umerena i tropska epipelagija (najbliža površini, gde se odvija fotosinteza) i umerena i tropska mezopelagija (2 1.000 metara dubine). Ove zone se blisko podudaraju sa zadacima zona za skoro 200.000 vrsta morskih DNK virusa koje su istraživači prethodno identifikovali.

Bilo je nekih iznenađenja. Dok biodiverzitet ima tendenciju da se širi u toplijim regionima blizu ekvatora i pada blizu hladnijih polova, Zaied je rekao da je analiza ekološke interakcije zasnovana na mreži pokazala da je raznovrsnost RNK virusnih vrsta veća nego što se očekivalo na Arktiku i Antarktiku.

„Kada je u pitanju raznolikost, virusi ne mare za temperaturu“, rekao je on. “Bilo je očiglednijih interakcija između virusa i ćelijskog života u polarnim oblastima. To nam govori da je velika raznolikost koju posmatramo u polarnim oblastima u osnovi zato što imamo više virusnih vrsta koje se takmiče za istog domaćina. Vidimo manje vrsta domaćina, ali više virusnih vrsta koje inficiraju iste domaćine.”

Tim je koristio nekoliko metodoloških pristupa da identifikuje verovatne domaćine, prvo izvodeći zaključak o domaćinu na osnovu klasifikacije virusa u kontekstu morskog planktona, a zatim praveći predviđanja na osnovu toga kako količine virusa i domaćina „ko-varijiraju“ jer njihova zastupljenost zavisi od jedan drugog. Treća strategija se sastojala od pronalaženja dokaza o integraciji RNK virusa u ćelijske genome.

Dok je utvrđeno da većina dsDNK virusa inficira bakterije i arheje, kojih ima u okeanu, ova nova analiza je pokazala da RNK virusi uglavnom inficiraju gljive i mikrobne eukariote i, u manjoj meri, beskičmenjake. Samo mali deo morskih RNK virusa inficira bakterije.

Neočekivano otkriće

Analiza je takođe dovela do neočekivanog otkrića 72 uočljiva funkcionalno različita pomoćna metabolička gena (AMG) raspršena među 95 RNK virusa, što je dalo neke od najboljih naznaka o tome koje vrste organizama ovi virusi inficiraju i koje metaboličke procese pokušavaju da reprogramiraju kako bi se maksimalno povećala „fabrikacija” virusa u okeanu.

“Modeliranje dolazi do tačke u kojoj možemo uzeti vreće gena iz ovih velikih genomskih istraživanja i slikati metaboličke mape”, rekao je Salivan, takođe profesor građevinskog, ekološkog i geodetskog inženjerstva i osnivački direktor Centra za nauku o mikrobiomu u državi Ohajo. .

„Zamišljam našu upotrebu AMG-a i ovih virusa za koje se predviđa da će zaraziti određene domaćine da bi zapravo povezali te metaboličke mape ka ugljeniku koji nam je potreban. Verovatno treba da delujemo kroz tu metaboličku aktivnost.“

Salivan, Domingez-Uerta i Zaied su takođe članovi tima u EMERGE biološkom integracijskom institutu u državi Ohajo.