Vědci objevují viry, které tajně vládnou světovým oceánům

Foto: NANOCLUSTERING/SCIENCE PHOTO LIBRARY

RNA viry infikují vlivné oceánské organismy. Viry v oceánu mohou ovlivnit to, jak uhlík a energie proudí celým ekosystémem.

Tisíce záhadných virů, které byly nedávno objeveny číhající ve světových oceánech, mohou mít obrovský vliv na ekosystémy, zčásti „přeprogramováním“ hostitelů, které infikují, uvedli vědci. Nový výzkum byl zveřejněn ve čtvrtek (9. června) v časopise Science, se zaměřuje na viry, které obsahují RNA, molekulární bratranec DNA. Příklady RNA virů oplývají lidskými nemocemi; například koronaviry a chřipkové viry jsou oba založené na RNA. Nicméně, pokud jde o RNA viry v oceánu, vědci se teprve učí o odrůdě, kterou lze nalézt, a o rozsahu hostitelů, které mohou infikovat.

Na základě nové studie „jsme si určitě jisti, že většina RNA virů v oceánu infikuje mikrobiální eukaryota, tedy houby a protisty a v menší míře i bezobratlé,“ spoluautor Guillermo Dominguez-Huerta, který byl postdoktorandem učenec virové ekologie na Ohio State University (OSU) v době studie, řekl Live Science. Eukarioty jsou organismy se složitými buňkami, které uchovávají svůj genetický materiál uvnitř jádra. 

Tito virální hostitelé – konkrétně houby a protistové, mezi které patří řasy a méby – vytahují oxd uhličitý z atmosféry, a proto ovlivňují, kolik uhlíku skončí uloženo v oceánu. Infikováním těchto organismů RNA viry pravděpodobně ovlivňují to, jak uhlík proudí oceánem obecně, řekl Steven Wilhelm, hlavní výzkumník Výzkumné skupiny vodní mikrobiální ekologie na University of Tennessee Knoxville, který se na nové studii nepodílel.

„Vzhledem k množství částic viru RNA, vědomí, že to dokážou, pokračuje v budování příběhu o tom, jak důležité jsou viry na světě s ohledem na tok energie a uhlíku,“ řekl Wilhelm Live Science v e-mailu.

(Wilhelm spolupracoval s několika autory studie, včetně Matthewa Sullivana a Alexandera Culleyho, na projektech, které s novou studií nesouvisejí.)

Virus všude 

Začátkem tohoto roku Dominguez-Huerta a jeho kolegové oznámili, že ve světových oceánech našli více něž 5000 dříve neidentifikovaných RNA virů.

Pro tuto studii, která byla publikována 7. dubna v časopise Science, tým analyzoval 35 000 vzorků vody, které byly shromážděny ze 121 míst v pěti oceánech konsorciem Tara Oceans, probíhající globální studií zkoumající dopad změny klimatu na oceány. Tyto vzorky vody se hemžily planktonem – drobnými organismy, které se unášejí v proudu a často slouží jako hostitelé pro RNA viry. Aby vědci objevili viry v tomto planktonu, proseli veškerou RNA v buňkách planktonu, aby našli specifický fragment genetického kódu, nazývaný gen RdRp.

„To je jediná… kódující sekvence, která je společná pro všechny RNA viry,“ řekl Dominguez-Huerta, který v současnosti pracuje jako vědecký konzultant ve firmě Virosphaera; gen RdRp však v buňkách a jiných typech virů chybí. 

Nakonec tým našel tolik RNA virů zastrčených v planktonu, že navrhli zdvojnásobení počtu RNA virových kmenů – široké taxonomické kategorie těsně pod „královstvím“ – z pěti na 10, aby je mohli všechny klasifikovat.

Odtud chtěli vědci lépe porozumět tomu, jak jsou tyto viry distribuovány po celém světě a na jaké hostitele se zaměřují. 

Vědci zjistili, že virové komunity lze rozdělit do čtyř hlavních zón: arktická, antarktická, mírná a tropická epipelagická oblast, což znamená blízko k hladině oceánu, a mírná a tropická mezopelagická oblast, což znamená asi 200 až 1 000 metrů pod vodou. Zajímavé je, že rozmanitost virů se zdála nejvyšší v polárních zónách, přestože v teplejších vodách bylo možné infikovat širší škálu hostitelů.  

„Viry, pokud jde o diverzitu, se ve skutečnosti nezajímaly o to, jak studená je voda,“ řekl spoluautor studie Ahmed Zayed, vědecký pracovník z oddělení mikrobiologie na OSU. Toto zjištění naznačuje, že v blízkosti pólů pravděpodobně mnoho virů soutěží o stejné hostitele, řekl Zayed Live Science.

K identifikaci těchto virových hostitelů tým použil několik strategií; například jedna metoda zahrnovala porovnávání genomů RNA virů se známými hostiteli s těmi nově nalezenými viry a další zahrnovala hledání vzácných útržků virové RNA v genomech hostitelských buněk, kde kousky RNA mohou někdy zůstat pozadu. Tato analýza odhalila, že mnoho RNA virů v oceánu infikuje houby a protisty, některé infikují bezobratlé a nepatrná část infikuje bakterie. 

Tým také neočekávaně zjistil, že 95 virů nese geny, které „ukradly“ z jejich hostitelských buněk, řekl Dominguez-Huerta. V hostiteli tyto geny pomáhají řídit metabolické procesy v buňce. Tento objev naznačuje, že viry se nějakým způsobem potýkaly s metabolismy svých hostitelů, pravděpodobně proto, aby maximalizovaly produkci nových virových částic, uzavřeli autoři.

Některé studie v menším měřítku naznačovaly tuto schopnost genového přepínání v minulosti, poznamenal Dominguez-Huerta.

Po identifikaci hostitelů oceánských virů, které pravděpodobně infikují, tým zjistil, že asi 1200 virů se může podílet na exportu uhlíku – procesu, při kterém se uhlík získává z atmosféry, zabudovává se do mořských organismů a poté „exportuje“ do hlubin moře. protože tyto organismy po smrti klesají na mořské dno. 

Čím hlouběji se tyto zásoby uhlíku ponoří, tím déle pravděpodobně zůstanou uloženy v oceánu, než se vrátí na cyklech zpět do atmosféry, uvádí Monterey Bay Aquarium Reserch Institute. Z tohoto důvodu je export uhlíku důležitým faktorem, který vědci začleňují do modelů změny klimatu. Nová studie naznačuje, že infekce mořských organismů RNA viry může být dalším, dříve nepřiznaným faktorem, který řídí tok uhlíku v oceánech, protože viry mění buněčnou aktivitu hostitelů, které infikují. 

RNA viry mohou také řídit tok uhlíku tím, že rozdělují své hostitele a rozlévají sekvestrovaný uhlík do oceánu, řekl Wilhelm, protože viry často vybuchují ze svých hostitelů poté, co se v nich rychle replikují.