В океанах обнаружено более 5 000 ранее неизвестных вирусов

Анализ генетического материала в океане позволил выявить тысячи ранее неизвестных РНК-вирусов и удвоить число фил, или биологических групп, вирусов, которые считаются существующими, говорится в новом исследовании, опубликованном нашей группой ученых в журнале Science.

РНК-вирусы наиболее известны по заболеваниям, которые они вызывают у людей, начиная от обычной простуды и заканчивая COVID-19. Они также заражают растения и животных, важных для человека.

Эти вирусы несут свою генетическую информацию в РНК, а не в ДНК. РНК-вирусы эволюционируют гораздо быстрее, чем ДНК-вирусы. В то время как ученые зарегистрировали сотни тысяч ДНК-вирусов в их естественных экосистемах, РНК-вирусы остаются относительно неизученными.

Однако в отличие от людей и других организмов, состоящих из клеток, у вирусов отсутствуют уникальные короткие участки ДНК, которые могут служить так называемым генетическим штрих-кодом. Без этого штрих-кода попытка отличить различные виды вирусов в дикой природе может оказаться сложной.

Чтобы обойти это ограничение, мы решили определить ген, кодирующий определенный белок, который позволяет вирусу реплицировать свой генетический материал. Это единственный общий белок для всех РНК-вирусов, поскольку он играет важную роль в их распространении. Однако у каждого РНК-вируса есть небольшие различия в гене, кодирующем белок, которые могут помочь отличить один тип вируса от другого.

Мы идентифицировали в общей сложности 5 504 новых морских РНК-вирусов и удвоили число известных фил РНК-вирусов с пяти до 10.

Географическое картирование этих новых последовательностей показало, что две из новых фил были особенно многочисленны в обширных океанических регионах, с региональными предпочтениями в умеренных и тропических водах (Taraviricota, названная в честь экспедиции Tara Oceans) или в Северном Ледовитом океане (Arctiviricota).

Мы считаем, что Taraviricota может быть тем недостающим звеном в эволюции РНК-вирусов, которое давно искали исследователи, соединяя две различные известные ветви РНК-вирусов, которые разошлись в способах репликации.

Выше: Размер клина пропорционален среднему количеству вирусов, присутствующих в этой области, а цвет клина указывает на филы вирусов. 

Почему это важно

Эти новые последовательности помогают ученым лучше понять не только эволюционную историю РНК-вирусов, но и эволюцию ранней жизни на Земле.

Как показала пандемия COVID-19, РНК-вирусы могут вызывать смертельно опасные заболевания. Но РНК-вирусы также играют важную роль в экосистемах, поскольку они могут заражать широкий спектр организмов, включая микробов, которые влияют на окружающую среду и пищевые сети на химическом уровне.

Картирование того, где в мире обитают эти РНК-вирусы, поможет прояснить, как они влияют на организмы, управляющие многими экологическими процессами на нашей планете. Наше исследование также предоставляет усовершенствованные инструменты, которые могут помочь исследователям каталогизировать новые вирусы по мере роста генетических баз данных.

Поэтому мы проверили глобальную базу данных последовательностей РНК из планктона, собранных в ходе четырехлетнего глобального исследовательского проекта Tara Oceans expeditions. Планктон - это любые водные организмы, которые малы, чтобы плыть против течения. Они являются жизненно важной частью пищевых сетей океана и обычными хозяевами для РНК-вирусов. В результате нашего исследования было выявлено более 44 000 генов, кодирующих белок вируса.

Следующей задачей было определить эволюционные связи между этими генами. Чем более похожи два гена, тем более вероятно, что вирусы с этими генами тесно связаны. Поскольку эти последовательности возникли так давно (возможно, еще до появления первой клетки), генетические указатели, показывающие, где новые вирусы могли отделиться от общего предка, были потеряны во времени.

Однако искусственный интеллект, называемый машинным обучением, позволил нам систематизировать эти последовательности и обнаружить различия более объективно, чем если бы эта задача решалась вручную.

Что до сих пор неизвестно

Несмотря на выявление большого количества новых РНК-вирусов, по-прежнему сложно точно определить, какие организмы они заражают. Кроме того, в настоящее время исследователи ограничены в основном фрагментами неполных геномов РНК-вирусов, отчасти из-за их генетической сложности и технологических ограничений.

Следующим шагом будет выяснение того, какие гены могут отсутствовать и как они менялись с течением времени. Раскрытие этих генов может помочь ученым лучше понять, как работают эти вирусы. Беседа

Гильермо Домингес Уэрта, научный консультант по микробиологии, Университет штата Огайо; Ахмед Зайед, научный сотрудник по микробиологии, Университет штата Огайо; Джеймс Вайнаина, постдокторский научный сотрудник по микробиологии, Университет штата Огайо, и Мэтью Салливан, профессор микробиологии, Университет штата Огайо.