Как «вирусная темная материя» может помочь смягчить изменение климата

Прочитано: 48 раз(а)
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Оценок пока нет)
Loading ... Loading ...


Глубокое изучение 5500 видов морских РНК-вирусов, недавно выявленных учеными , показало, что некоторые из них могут способствовать перемещению углерода, поглощенного из атмосферы, в постоянное хранилище на дне океана.

Анализ также показывает, что у небольшой части этих недавно идентифицированных видов были «украденные» гены из организмов, которые они заражали, что помогло исследователям идентифицировать их предполагаемых хозяев и функции в морских процессах.

Помимо картографирования фундаментальных экологических данных, исследование ведет к более полному пониманию огромной роли, которую эти крошечные частицы играют в экосистеме океана.

«Результаты важны для разработки моделей и прогнозирования того, что происходит с углеродом в правильном направлении и с правильной величиной», — сказал Ахмед Зайед, научный сотрудник в области микробиологии из Университета штата Огайо и соавтор исследования.

Вопрос величины является серьезным соображением, если принять во внимание необъятность океана.

Ведущий автор Мэтью Салливан, профессор микробиологии в штате Огайо, предполагает идентифицировать вирусы , которые при массовом создании могли бы функционировать как управляемые «ручки» на биологическом насосе, влияющем на то, как углерод сохраняется в океане.

«Поскольку люди выбрасывают в атмосферу больше углерода, мы зависим от огромной буферной способности океана, чтобы замедлить изменение климата. Мы все больше и больше осознаем, что нам, возможно, потребуется настроить насос в масштабе океана. — сказал Салливан.

«Нам были бы интересны вирусы, которые могли бы настроиться на более усваиваемый углерод, который позволяет системе расти, производить все более и более крупные клетки и тонуть. И если он тонет, мы выиграем еще несколько сотен или тысяч лет от худшего последствия изменения климата.

«Я думаю, что общество в основном рассчитывает на такое технологическое решение, но это сложная фундаментальная научная проблема, которую нужно разобрать».

Исследование появилось онлайн сегодня в журнале Science.

Эти РНК-вирусы были обнаружены в образцах планктона, собранных Консорциумом океанов Тары , продолжающимся глобальным исследованием воздействия изменения климата на океан на борту шхуны Тара . Международные усилия направлены на то, чтобы достоверно предсказать, как океан отреагирует на изменение климата, путем знакомства с загадочными организмами, которые живут там и выполняют большую часть работы по поглощению половины антропогенного углерода в атмосфере и производству половины кислорода, которым мы дышим.

Хотя эти виды морских вирусов не представляют угрозы для здоровья человека, они ведут себя так же, как и все вирусы, каждый из которых заражает другой организм и использует свой клеточный механизм для создания своих копий. Хотя результат всегда может считаться плохим для хозяина, деятельность вируса может приносить пользу окружающей среде, например, помогая рассеять вредоносное цветение водорослей .

Хитрость в определении того, где они вписываются в экосистему, заключалась в разработке вычислительных методов, которые могут получить информацию о функциях РНК-вирусов и хозяевах из фрагментов геномов, которые по стандартам геномики изначально малы.

«Мы позволяем данным быть нашим руководством», — сказал соавтор Гильермо Домингес-Уэрта, бывший научный сотрудник лаборатории Салливана.

Статистический анализ 44 000 последовательностей выявил структурные модели вирусных сообществ, которые команда использовала для распределения РНК-вирусных сообществ по четырем экологическим зонам: арктическая, антарктическая, умеренная и тропическая эпипелагическая (ближайшая к поверхности, где происходит фотосинтез) и умеренная и тропическая мезопелагическая (200- глубина 1000 метров). Эти зоны точно соответствуют зонам для почти 200 000 видов морских ДНК-вирусов, которые исследователи ранее идентифицировали.

Были некоторые сюрпризы. В то время как биоразнообразие имеет тенденцию расширяться в более теплых регионах вблизи экватора и сокращаться ближе к более холодным полюсам, Зайед сказал, что сетевой анализ экологического взаимодействия показал, что разнообразие видов РНК-вирусов в Арктике и Антарктике выше, чем ожидалось.

«Когда дело доходит до разнообразия, вирусы не заботятся о температуре», — сказал он. «Было более очевидное взаимодействие между вирусами и клеточной жизнью в полярных районах. Это говорит нам о высоком разнообразии , которое мы наблюдаем в полярных районах, в основном потому, что у нас больше видов вирусов, конкурирующих за одного и того же хозяина. Мы видим меньше видов хозяев, но больше видов вирусов, заражающих одних и тех же хозяев».

Команда использовала несколько методологических подходов для определения вероятных носителей: сначала вывод о хозяине на основе классификации вирусов в контексте морского планктона, а затем создание прогнозов на основе того, как количество вирусов и хозяев «ковариантно», поскольку их численность зависит от друг друга. Третья стратегия заключалась в поиске доказательств интеграции РНК-вирусов в клеточные геномы.

«Вирусы, которые мы изучаем, не внедряются в геном хозяина, но многие из них интегрируются в геном случайно. потому что в какой-то момент вирус оказался внутри клетки», — сказал Домингес-Уэрта.

В то время как было обнаружено, что большинство вирусов двухцепочечной ДНК заражают бактерии и археи, которых много в океане, этот новый анализ показал, что РНК-вирусы в основном заражают грибы и микробные эукариоты и, в меньшей степени, беспозвоночных. Лишь небольшая часть морских РНК-вирусов заражает бактерии.

Анализ также привел к непредвиденному открытию 72 различимых функционально различных вспомогательных метаболических генов (AMG), разбросанных среди 95 РНК-вирусов, что дало одни из лучших ключей к пониманию того, какие виды организмов заражают эти вирусы и какие метаболические процессы они пытаются перепрограммировать. для того, чтобы максимально «фабриковать» вирусы в океане.

Дальнейший сетевой анализ выявил 1243 вида РНК- вирусов , связанных с экспортом углерода, и, очень осторожно, предполагалось, что 11 из них участвуют в содействии экспорту углерода на дно моря. Из них два вируса, связанные с хозяевами из семейства водорослей, были выбраны как наиболее многообещающие мишени для последующего наблюдения.

«Моделирование приближается к тому моменту, когда мы можем брать пакеты генов из этих крупномасштабных геномных исследований и рисовать карты метаболизма», — сказал Салливан, также профессор гражданской, экологической и геодезической инженерии и директор-основатель Центра микробиома штата Огайо. .

«Я предполагаю, что мы будем использовать AMG и эти вирусы, которые, по прогнозам, заражают определенных хозяев, чтобы фактически настроить эти метаболические карты в сторону необходимого нам углерода. Именно благодаря этой метаболической активности нам, вероятно, нужно действовать».

Салливан, Домингес-Уэрта и Зайед также являются членами команды Института интеграции биологии EMERGE в штате Огайо.

Как «вирусная темная материя» может помочь смягчить изменение климата



Новости партнеров