Каждый раз, когда мы случайно делаем глоток морской воды во время купания, то количество «выпитых» вирусов равно населению Северной Америки.
Однако, несмотря на огромное изобилие морских вирусов – и ключевую роль, которую эти инфекционные агенты играют в глобальных процессах, таких как парниковый эффект, – ученые еще относительно мало знают о их разнообразии.
В научной статье, опубликованной в журнале Cell, представлены результаты исследовательской экспедиции группы ученых, которые насчитали 195728 различных вирусных популяций. До этого времени, в 2015 году эта же команда зарегистрировала 5476 различных видов вирусов в океане, а в 2016 – 15222, передает сайт Quantamagazine.
Двенадцатикратный скачок в идентификации видов был сделан благодаря глобальной морской экспедиции с отбором проб и сложным анализом геномов. Исследование включало образцы из 43 мест в Арктике, которые не брались в 2015 и 2016 годах.
Было установлено, что около 40% новых популяций вирусов происходят из открытых арктических образцов. «Алгоритмы, которые мы используем для сборки вирусных геномов из кусочков ДНК, стали намного качественнее», – сказала Энн Грегори, микробный эколог из Католического университета Лювена в Бельгии и один из ведущих авторов исследования.
Помимо того, что Грегори и ее коллеги собирали нити ДНК из фрагментов, они должны были найти способ классификации разнообразных вирусных геномов, которые они видели. Определение видов для вирусов является спорным вопросом, поскольку вирусы размножаются бесполым путем и часто «меняются» ДНК друг с другом или организмом хозяина. Поскольку вирусы не содержат необходимого механизма для независимой репликации (воспроизведения себе подобных), некоторые биологи не считают вирусы даже полностью «живыми» организмами.
Вместо видов Грегори классифицировала вирусы на «популяции», в которых «внутри группы больше определенной генетической модели, чем между группами вирусов». Если секвенированные вирусы (у них определили их аминокислотную или нуклеотидную последовательность) были схожи не менее чем на 95% своей ДНК, она назвала их членами одной и той же дискретной популяции.
В итоге, этот метод дал почти 200 000 популяций. Около 90% из них не могут быть сопоставлены с какой-либо известной вирусной таксономией, что делает их совершенно новыми для науки.
Кроме того, исследователи пришли к выводу о существовании пяти групп вирусов на уровне сообществ, которые концентрируются в отдельных морских экологических зонах в зависимости от температуры и глубины: Арктика, Антарктика, умеренная и тропическая поверхность, умеренная и тропическая подповерхность и глубокий океан. В геномах этих сообществ исследователи нашли доказательства генетической адаптации к каждой экологической зоне. «Температура была основным показателем структуры сообщества», – сказал Ахмед Зайед, аспирант из Университета штата Огайо, который был одним из руководителей анализа. Зайед объяснил, что изменяющиеся температуры поддерживают различные виды микробных сообществ-хозяев, а вирусы, соответственно, адаптируются под последних.
В глобальном масштабе наблюдаемые закономерности биоразнообразия среди вирусов несколько противоречат сложившимся экологическим тенденциям. «Существует такая закономерность, что разнообразие на экваторе самое высокое и уменьшается, если двигаться к полюсам», – сказал Зайед. Так, исследователи обнаружили богатое разнообразие на экваторе, но они также установили удивительно большое разнообразие вирусов в Арктике.
«Мы были удивлены, увидев Арктику в качестве горячей точки биоразнообразия, что особенно актуально, поскольку эти воды являются одними из самых быстро меняющихся на планете из-за изменения климата», – сказал Мэтью Салливан, микробиолог из штата Огайо и старший автор научной статьи. Грегори сказала, что необходимо провести дополнительные исследования, чтобы понять, почему Арктика так разнообразна. Сегодня есть предположение, что это может быть связано с меньшими клетками-хозяевами (бактериями), которые живут в холодных водах. «Чем меньше организм вида, тем больше его количество и, таким образом, больше возможностей для формирования разнообразия вирусов».
По словам Кертиса Саттла, микробного эколога из Университета Британской Колумбии, вирусы играют важную роль в глобальных биогеохимических циклах, включая углеродный цикл, посредством которого углерод перемещается между биосферой Земли и атмосферой. «Я пытался доказать, что морские вирусы очень важны в течение долгого времени», – сказал Саттл, который не участвовал в новом исследовании. «Распространение такого рода данных в сообществе чрезвычайно важно для понимания роли вирусов в глобальных процессах».
Саттл объяснил, что океаны в настоящее время поглощают примерно половину выбросов углерода, образованных антропогенной деятельностью, и количество поглощенного углекислого газа продолжает расти. Вирусы влияют на уровень насыщения: по словам Саттла, от 20 до 40% глобальной популяции бактерий ежедневно погибают от вирусов. Когда бактерия погибает от вирусной инфекции, ее клеточная стенка взрывается. «Весь углерод, который вмещался в этих бактериях, высвобождается в океанах», – сказал он, и часть углерода в конечном итоге уносится глубоко в океан.
По мнению Саттла, некоторые ученые предполагают, что когда-нибудь вирусы могут быть использованы для настройки углеродного цикла и уменьшения количества углекислого газа в атмосфере.
