4 Minuten
Neįtikėtinas atradimas: paslėpti milžiniški virusai vandenynų gelmėse
Reikšmingas tyrimas atskleidė daugiau nei 230 iki šiol nežinomų milžiniškų virusų, slypinčių vandenynų gelmėse, iš esmės perrašydamas mūsų supratimą apie jūrų ekosistemas. Šie didžiuliai virusai, pristatyti žurnale Nature npj Viruses, daro įtaką ne tik vandenyno mikroorganizmams. Jie geba keisti bei trikdyti fotosintezės procesą jūrų dumbliuose – tai lemtinga funkcija, kuri palaiko vandens maisto grandinę ir veikia pasaulinį anglies ciklą.
Mokslinis kontekstas: kas yra milžiniški virusai ir kodėl jie svarbūs?
Milžiniški virusai (dar žinomi kaip didelės DNR NCLDV virusai) išsiskiria iš įprastų virusų savo dydžiu – jų genomai prilygsta kai kurioms bakterijoms, o genų skaičius siekia šimtus. Ilgą laiką nepastebėti dėl technologinių ribotumų, šie virusai išryškėjo kaip itin svarbūs jūrų protistų – vienaląsčių organizmų, sudarančių vandenynų mitybos pagrindą – išgyvenimui ir evoliucijai. Šiai grupei priklauso dumbliai, amebos ir žiužikliai, kurie ne tik palaiko jūrų ekosistemas, bet ir svariai prisideda prie pasaulinio anglies kaupimo per fotosintezę.
Kai milžiniški DNR virusai užkrečia protistus, sutrinka jų įprasta veikla. Pasekmės gali svyruoti nuo gyventojų mažėjimo, tokių kaip kenksmingi dumblių žydėjimai (kuomet dumbliai dauginasi ypač sparčiai ir kelia ekologinę grėsmę), iki platesnių pokyčių vandenyno chemijoje ir žmonių sveikatai. Mokslininkai jau seniai įtarė, kad šie virusai atlieka gerokai svarbesnį vaidmenį valdant vandenynų dinamiką, ypač mitybinių medžiagų ciklų ir dumblių žydėjimų, grėsmių vandens laukinei gyvūnijai bei pakrančių ekonomikoms srityse.
Virusų paieška: superkompiuteriai ir naujos bioinformatikos technologijos
Norint identifikuoti milžiniškus virusus sudėtingoje jūrinėje aplinkoje, prireikė stiprių kompiuterinių metodų. Rosenstiel jūrų, atmosferos ir žemės mokslų mokyklos vadovaujama tyrėjų komanda sukūrė pažangią bioinformatinę sistemą BEREN (Bioinformatinė eukariotinių virusų paieška iš aplinkos metagenominių duomenų). Naudodamiesi superkompiuteriais, ypač Pegasus sistema Majamio universitete, mokslininkai išanalizavo milžiniškus pasaulio jūrų metagenominius duomenų rinkinius, surinktus nuo Arkties iki Antarktidos vandenų.
Pasitelkę BEREN įrankį, tyrėjai ne tik aptiko 230 naujų milžiniškų virusų genomų, bet ir ištyrė jų genetinę įvairovę bei funkcines galimybes. Palyginę gautus rezultatus su esamomis duomenų bazėmis, jie galėjo identifikuoti unikalius šių virusų prisitaikymus ir veikimo mechanizmus.
Pagrindiniai atradimai: virusų įtaka fotosintezei ir galimos biotechnologinės perspektyvos
Vienas įspūdingiausių pasiekimų – tyrėjai identifikavo 530 anksčiau nežinomų funkcinių baltymų, devyni iš jų tiesiogiai susiję su fotosintezės procesu. Tai rodo, kad milžiniški virusai ne tik užkrečia jūrų protistus, bet ir geba perimti jų šeimininkų fotosintezę, perprogramuodami energijos srautus pagrindinėje maisto grandinės grandyje.
Dr. Mohammad Moniruzzaman, vienas tyrimo bendraautorių, pažymi: „Gilindami supratimą apie milžiniškų virusų įvairovę ir jų ekologinį vaidmenį, bei sąveiką su dumbliais ir kitais jūrų mikrobais, priartėjame prie galimybės prognozuoti ir net valdyti kenksmingus dumblių žydėjimus, kurie kelia gresmę sveikatai Floridoje ir visame pasaulyje.“
Tokių žydėjimų metu sparčiai gausėja fitoplanktonas, niokojami žuvininkystės ištekliai ir poilsio vandenys. Naujos įžvalgos gali padėti efektyviau pasirengti tokiems reiškiniams ne tik regione, bet ir kovojant su virusinėmis grėsmėmis įlankose, upėse bei ežeruose pasauliniu mastu.
Pagrindinis tyrėjas Benjamin Minich prideda: „Nustatėme, kad milžiniški virusai savyje turi genus, būdingus tik ląstelinei gyvybei, įskaitant anglies apykaitos ir fotosintezės genus. Tai patvirtina jų svarbų vaidmenį perprogramuojant šeimininkų metabolizmą infekcijos metu, o šis procesas turi apčiuopiamą poveikį jūros biogeochemijai.“
Plačiau: biotechnologinės galimybės ir ateities kryptys
Naujai atrastos virusų funkcijos atveria daug žadančias biotechnologines perspektyvas, įskaitant naujų fermentų atradimą. Tyrėjų komanda analizavo šimtus jūrų mikroorganizmų bendrijų genomų precedento neturinčiu tikslumu, ir tokie rezultatai sudaro prielaidas naujiems metodams aptikti, stebėti ir klasifikuoti atsirandančius jūrų virusus.
Tokie pasiekimai gali reikšmingai sustiprinti aplinkos apsaugos agentūrų galimybes stebėti patogenus bei taršą vandenyse, padedant greičiau ir efektyviau reaguoti į ekologinius pavojus. Nuosekliai integruojant modernias bioinformatines priemones, tokias kaip BEREN, žengiama didelį žingsnį pirmyn jūrų virologijos moksle.
Išvados
230 naujų milžiniškų virusų atradimas pasaulio vandenynuose žymi esminį proveržį vandenynų, jūros mikrobiologijos ir virologijos tyrimuose. Šie virusai, keisdami jūrų fotosintezę ir turėdami išskirtinių genetinių ypatybių, tampa esminiais ekosistemų sveikatos, biogeocheminių ciklų ir net žmonių gerovės veiksniais. Atsiveriant vis naujiems vandenyno „nematomo pasaulio“ sluoksniams, ateityje daugiau dėmesio bus skiriama šių virusų biotechnologiniam potencialui ir globalių strategijų, skirtų kenksmingų dumblių žydėjimams bei kitoms jūros grėsmėms suvaldyti, kūrimui.
Kommentare