Ученые вычислили 230 гигантских вирусов: какая у них роль в Мировом океане

Исследования in silico становятся трендом во многих областях науки. На основе анализа проб морской воды ученые «вычислили» геномы 230 гигантских вирусов, которые заражают одноклеточные организмы и в итоге влияют на океанские и морские экосистемы, подспудно контролируя пищевые цепи.

Дмитрий ПавловАвтор Hi-Tech Mail

Гигантские вирусы оказывают постоянное влияние на экологию одноклеточных морских организмов, именуемых протистами. К ним относятся примитивные водоросли, амебы и жгутиковые, которые составляют основу пищевой сети океана. В итоге большие ДНК-вирусы неизбежно оказываются причиной различных процессов в морских экосистемах, которые могут представлять угрозу как для морских обитателей, так и для здоровья людей в прибрежных зонах. Достаточно вспомнить смертельно опасное цветение водорослей у берегов Флориды. Цветение может быть и спровоцировано, и подавлено вирусами.

Новое исследование ученых из Школы морских, атмосферных наук и наук о Земле имени Розенштиля в университете Майами призвано шире раскрыть роли и типологию вирусов, присутствующих в морях и океанах и особенности их взаимодействия с организмами-хозяевами. Эти знания могли бы помочь местным сообществам лучше подготовиться к цветению водорослей и другим проблемам прибрежных акваторий, прямо или косвенно связанным со взаимодействием вирусов и протистов.

Используя высокопроизводительные вычислительные методы, исследователи выявили 230 новых гигантских вирусов в общедоступных наборах морских метагеномных данных и охарактеризовали их функции.

Результаты их работы, опубликованные в журнале Nature npj Viruses, включают открытие новых геномов гигантских вирусов, ранее неизвестных науке. В этих геномах были идентифицированы и охарактеризованы 530 новых функциональных белков, включая девять белков, участвующих в фотосинтезе. Последнее указывает на то, что вирусы  способны манипулировать своим хозяином и процессом фотосинтеза после заражения.

Лучше понимая разнообразие и роль гигантских вирусов в океане и то, как они взаимодействуют с водорослями и другими океанскими микроорганизмами, мы можем прогнозировать и, возможно, бороться с вредным цветением водорослей, которое представляет опасность для здоровья человека как во Флориде, так и во всем мире. Гигантские вирусы часто являются основной причиной гибели многих видов фитопланктона, которые служат основой пищевой сети, поддерживающей океанские экосистемы. Новые функции, обнаруженные у гигантских вирусов, могут иметь биотехнологический потенциал, предоставляя в наше распоряжение доселе неизвестные ферменты.Мохаммад Монируззамансоавтор и руководитель исследования, доцент кафедры морской биологии и экологии.

До недавнего времени гигантские вирусы практически не обнаруживались научными методами из-за ограничений в биоинформатических системах. Исследователи создали инновационный инструмент под названием BEREN (Bioinformatic tool for Eukaryotic virus Recovery from Environmental metageNomes,  Биоинформационный инструмент для извлечения эукариотических вирусов из метагеномов окружающей среды), предназначенный для идентификации гигантских вирусных геномов в обширных общедоступных наборах данных секвенирования ДНК.

Ученые обнаружили, что гигантские вирусы обладают генами, участвующими в клеточных функциях, таких как метаболизм углерода и фотосинтез, которые традиционно встречаются только в клеточных организмах. Это говорит о том, что гигантские вирусы играют огромную роль в манипулировании метаболизмом своего хозяина во время заражения и очень существенно влияют на морскую биогеохимию.

Авторы использовали суперкомпьютер Pegasus Университета Майами для обработки и сбора больших метагеномов, что позволило реконструировать генетические данные сообщества микроорганизмов. По мнению авторов это позволит  создать основу для улучшения существующих инструментов обнаружения новых вирусов, которые могли бы помочь нам отслеживать загрязнение и патогенные микроорганизмы в наших водных средах.

Исследовательская группа загрузила данные секвенирования ДНК из девяти крупных глобальных проектов по отбору проб океанской воды, охватывающих территорию от полюса до полюса. Используя BEREN, они выделили геномы гигантских вирусов из полученных данных. Затем геномы были аннотированы с использованием общедоступных баз данных о функциях генов, чтобы охарактеризовать функции, кодируемые этими вирусами. Эти геномы были сравнены со геномами всех уже описанных к настоящему времени представителей гигантских вирусов для выявления новых видов и неизвестных функций.

Программа BEREN, используемая для проведения этого исследования, заполняет пробел в исследовательской области, предоставляя простой в использовании универсальный инструмент для идентификации и классификации гигантских вирусов в наборах данных секвенирования. Программа BEREN доступна для использования любым пользователем и может быть загружена здесь.

Недавно Hi-Tech Mail рассказывал об общедоступном научном проекте, в котором все обитатели моря выстроены по росту.  

Поделиться