Wirusy RNA w oceanach mogą mieć wpływ na to, jak węgiel i energia przepływają przez cały ekosystem. (Zdjęcie: NANOCLUSTERING/SCIENCE PHOTO LIBRARY przez Getty Images)
Tysiące tajemniczych wirusów, których obecność została niedawno odkryta w oceanach Ziemi, mogą wywierać ogromny wpływ na ekosystemy, częściowo przez „przeprogramowywanie” gospodarzy, których infekują, jak podają naukowcy.
Nowe badanie opublikowane 9. czerwca w czasopiśmie Science skupia się na wirusach, które zawierają RNA, cząsteczkowego kuzyna DNA. Mnóstwo jest przykładów wirusów RNA, które wywołują choroby u ludzi; należą do nich chociażby koronawirusy i wirus grypy. Jednakże, jeśli chodzi o wirusy RNA w oceanach, naukowcy dopiero uczą się na temat ich różnorodności i wachlarza organizmów, który mogą infekować.
Opierając się na nowym badaniu, „jesteśmy pewni, że większość wirusów RNA w oceanach infekuje mikroskopijne eukarionty, czyli grzyby i protisty, i, w mniejszym stopniu, bezkręgowce”, przekazał Live Science współautor Guillermo Dominguez-Huerta, który w czasie badania robił habilitację na Uniwersytecie Stanu Ohio (OSU). Eukarionty są organizmami składającymi się ze skomplikowanych komórek, które zawierają ich materiał genetyczny wewnątrz jądra komórkowego.
Gospodarze tych wirusów — mianowicie grzyby i protisty, między innymi algi i ameby — wydobywają dwutlenek węgla z atmosfery, przez co mają wpływ na to, ile węgla przechowywane jest w oceanie. Poprzez infekowanie tych organizmów, wirusy RNA prawdopodobnie decydują o tym, jak węgiel przepływa przez ocean, stwierdził Steven Wilhelm, czołowy badacz Grupy Badawczej ds. Ekologii Mikroorganizmów Wodnych Uniwersytetu Tennessee w Knoxville, który nie brał udziału w badaniu.
„Biorąc pod uwagę wielką ilość cząstek wirusów RNA i wiedząc, że mogą to robić, mamy coraz większe pojęcie o tym, jak ważne są wirusy w kontekście przepływu energii i węgla”, przekazał Live Science w emailu Wilhelm.
(Wilhelm współpracował z kilkorgiem z autorów badania, wliczając Matthew Sullivana i Alexandra Culley, nad projektami niezwiązanymi z tym badaniem.)
Wirusy, wszędzie wirusy
Wcześniej w tym roku, Dominguez-Huerta i jego współpracownicy zgłosili odkrycie ponad 5,5 tysiąca wcześniej niezidentyfikowanych wirusów RNA w oceanach świata.
W ramach tamtego badania, które zostało opublikowane 7. kwietnia w czasopiśmie Science, zespół przeanalizował 35 tysięcy próbek pobranych z 121 miejsc na pięciu oceanach przez Tara Oceans Consortium, trwające globalne badanie przyglądające się wpływowi zmiany klimatu na oceany. W próbkach tych roiło się od planktonu — malutkich organizmów, które unoszą się na prądach morskich i często są gospodarzami wirusów RNA. Aby odnaleźć wirusy wewnątrz planktonu, naukowcy przejrzeli całe RNA w jego komórkach, by odnaleźć jeden konkretny odcinek kodu genetycznego, zwany genem RdRp.
„To jedyna [...] sekwencja kodująca, którą zawierają wszystkie wirusy RNA”, wyjaśnił Dominguez-Huerta, który obecnie pracuje jako konsultant naukowy z firmą Virosphaera; jednakże, ten gen nie występuje w komórkach i innych rodzajach wirusów.
Zespół ostatecznie znalazł tyle wirusów RNA ukrytych wewnątrz planktonu, że zaproponował podwojenie ilości typów wirusów RNA — szerokiej jednostki taksonomicznej zaraz poniżej „królestwa” — z pięciu do dziesięciu, by wszystkie je zaklasyfikować.
Od tamtego punktu, badacze chcieli lepiej zrozumieć jak te wirusy są rozmieszczone na świecie i jakich gospodarzy obierają za cel.
Naukowcy doszli do wniosku, że społeczności wirusów można podzielić na cztery główne strefy: arktyczną, antarktyczną, umiarkowaną i tropikalną pelagialną, co znaczy bliską powierzchni oceanu, i umiarkowaną i tropikalną mezopelagialną, oznaczającą około 200 do 1000 metrów pod powierzchnią oceanu. Co ciekawsze, największa różnorodność wirusów występowała w strefach polarnych, pomimo większej różnorodności gospodarzy w cieplejszych wodach.
„Pod względem różnorodności, wirusów nie obchodzi to, jak zimna jest woda”, stwierdził współautor Ahmed Zayed, badacz na Wydziale Mikrobiologii OSU. Wskazuje to na to, że przy biegunach, wiele wirusów najprawdopodobniej konkuruje o tych samych gospodarzy, Zayed przekazał Live Science.
Aby zidentyfikować tych gospodarzy, zespół wykorzystał kilka strategii; przykładowo, jedna z metod polegała na porównywaniu genomów wirusów RNA o znanych żywicielach z genomami nowo odkrytych wirusów, a inna na polowaniu na rzadkie kawałki RNA wirusów wewnątrz genomów komórek gospodarza, w których mogą czasem pozostać kawałki RNA. Ta analiza pokazała, że wiele wirusów RNA w oceanach infekuje grzyby i protisty, niektóre infekują bezkręgowce, a nieznaczna część infekuje bakterie.
Zespół niespodziewanie odkrył też, że 95 wirusów posiadało geny, które „ukradły” z komórek gospodarzy, jak stwierdził Dominguez-Huerta. W gospodarzu, te geny pomagają sterować procesami metabolicznymi wewnątrz komórki. Autorzy doszli do wniosku, że to odkrycie sugeruje, że wirusy w pewnym stopniu zmieniały metabolizm ich żywicieli, prawdopodobnie po to, by maksymalnie zwiększyć produkcję nowych cząstek wirusów.
Dominguez-Huerta zauważył, że pewne mniejsze badania w przeszłości wskazywały na tę umiejętność kradzieży genów.
Po zidentyfikowaniu, jakich gospodarzy wirusy oceaniczne infekują, zespół ustalił, że około 1200 wirusów może brać udział w eksporcie węgla — procesie, na skutek którego węgiel wydobywany jest z atmosfery, włączany do organizmów morskich i następnie „eksportowany” do głębin oceanu, po tym jak te organizmy opadają ku jego dnu po śmierci.
Im głębiej te magazyny węgla toną, tym prawdopodobnie dłużej pozostaną w oceanie przed tym, jak powrócą do atmosfery, zdaniem Instytutu Badawczego Monterey Bay Aquarium. Z tego powodu, eksport węgla jest ważnym czynnikiem, który pod uwagę biorą naukowcy w modelach zmiany klimatu. To nowe badanie sugeruje, że infekcje morskich organizmów przez wirusy RNA mogą być kolejnym, nieznanym wcześniej czynnikiem napędzającym przepływ węgla w oceanach, przez to, że wirusy zmieniają aktywność komórkową gospodarzy, których infekują.
Wirusy RNA mogą również napędzać przepływ węgla przez rozrywanie gospodarzy i wypuszczanie zmagazynowanego węgla do oceanu, stwierdził Wilhelm, ponieważ wirusy często rozrywają swoich gospodarzy po gwałtownej replikacji wewnątrz nich.
