Μια βαθιά κατάδυση στα 5.500 είδη θαλάσσιου ιού RNA που εντόπισαν οι επιστήμονες πρόσφατα , διαπίστωσε πολλά που μπορεί να βοηθήσουν στην ώθηση του άνθρακα που απορροφάται από την ατμόσφαιρα σε μόνιμη αποθήκευση στον πυθμένα του ωκεανού.
Η ανάλυση υποδηλώνει επίσης ότι ένα μικρό μέρος αυτών των νέων ειδών είχε «κλέψει» γονίδια από οργανισμούς που μόλυναν, βοηθώντας τους ερευνητές να εντοπίσουν τους υποτιθέμενους ξενιστές και τις λειτουργίες τους σε θαλάσσιες διεργασίες.
Πέρα από τη χαρτογράφηση μιας πηγής θεμελιωδών οικολογικών δεδομένων, η έρευνα οδηγεί σε μια πληρέστερη κατανόηση του μεγάλου ρόλου που παίζουν αυτά τα μικροσκοπικά σωματίδια στο ωκεάνιο οικοσύστημα .
«Τα ευρήματα είναι σημαντικά για την ανάπτυξη μοντέλων και την πρόβλεψη του τι συμβαίνει με τον άνθρακα στη σωστή κατεύθυνση και στο σωστό μέγεθος», δήλωσε ο Ahmed Zayed, ερευνητής μικροβιολογίας στο Πανεπιστήμιο του Οχάιο και συν-πρώτος συγγραφέας της μελέτης.
Το ζήτημα του μεγέθους είναι ένα σοβαρό ζήτημα όταν λαμβάνεται υπόψη η απεραντοσύνη του ωκεανού.
Ο κύριος συγγραφέας Matthew Sullivan, καθηγητής μικροβιολογίας στην Πολιτεία του Οχάιο, οραματίζεται τον εντοπισμό ιών που, όταν κατασκευαστούν σε τεράστια κλίμακα , θα μπορούσαν να λειτουργήσουν ως ελεγχόμενα “πόμολα” σε μια βιολογική αντλία που επηρεάζει τον τρόπο αποθήκευσης του άνθρακα στον ωκεανό.
“Καθώς οι άνθρωποι ρίχνουν περισσότερο άνθρακα στην ατμόσφαιρα, εξαρτόμαστε από την τεράστια ρυθμιστική ικανότητα του ωκεανού για να επιβραδύνει την κλιματική αλλαγή. Γνωρίζουμε όλο και περισσότερο ότι μπορεί να χρειαστεί να συντονίσουμε την αντλία στην κλίμακα του ωκεανού” είπε ο Σάλιβαν.
«Θα μας ενδιέφεραν ιοί που θα μπορούσαν να συντονιστούν προς έναν πιο εύπεπτο άνθρακα, ο οποίος επιτρέπει στο σύστημα να αναπτύσσεται, να παράγει όλο και μεγαλύτερα κύτταρα και να βυθίζεται. Και αν βυθιστεί, θα κερδίσουμε άλλα μερικές εκατοντάδες ή χιλιάδες χρόνια από τις χειρότερες επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής.
«Νομίζω ότι η κοινωνία βασικά βασίζεται σε αυτό το είδος τεχνολογικής επιδιόρθωσης, αλλά είναι ένα περίπλοκο θεμελιώδες επιστημονικό πρόβλημα που πρέπει να ξεχωρίζεις».
Η μελέτη εμφανίζεται στο Διαδίκτυο σήμερα στο Science .
Αυτοί οι ιοί RNA ανιχνεύθηκαν σε δείγματα πλαγκτόν που συλλέχθηκαν από την Tara Oceans Consortium , μια συνεχιζόμενη παγκόσμια μελέτη για τις επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής στον ωκεανό. Η διεθνής προσπάθεια στοχεύει να προβλέψει αξιόπιστα πώς θα ανταποκριθεί ο ωκεανός στην κλιματική αλλαγή γνωρίζοντας τους μυστηριώδεις οργανισμούς που ζουν εκεί και κάνουν το μεγαλύτερο μέρος της εργασίας απορροφώντας τον μισό άνθρακα που παράγεται από τον άνθρωπο στην ατμόσφαιρα και παράγοντας το μισό οξυγόνο που αναπνέουμε.
Αν και αυτά τα θαλάσσια ιικά είδη δεν αποτελούν απειλή για την ανθρώπινη υγεία, συμπεριφέρονται όπως όλοι οι ιοί, μολύνοντας τον καθένα έναν άλλο οργανισμό και χρησιμοποιώντας τον κυτταρικό του μηχανισμό για να δημιουργήσει αντίγραφα του εαυτού του. Αν και το αποτέλεσμα θα μπορούσε πάντα να θεωρηθεί κακό για τον ξενιστή, οι δραστηριότητες ενός ιού μπορεί να αποφέρουν οφέλη για το περιβάλλον—για παράδειγμα, βοηθώντας στην εξάλειψη μιας επιβλαβούς ανάπτυξης φυκιών.
Το κόλπο για τον καθορισμό του σημείου που ταιριάζουν στο οικοσύστημα ήταν η ανάπτυξη υπολογιστικών τεχνικών που μπορούν να προσελκύουν πληροφορίες σχετικά με τις λειτουργίες του ιού και τους ξενιστές του RNA από θραύσματα γονιδιωμάτων που, σύμφωνα με τα πρότυπα γονιδιωματικής, είναι αρχικά μικρά.
«Αφήνουμε τα δεδομένα να είναι ο οδηγός μας», είπε ο πρώτος συγγραφέας Guillermo Dominguez-Huerta, πρώην μεταδιδακτορικός ερευνητής στο εργαστήριο του Sullivan.
Η στατιστική ανάλυση 44.000 αλληλουχιών αποκάλυψε δομικά μοτίβα της κοινότητας του ιού που χρησιμοποίησε η ομάδα για να εκχωρήσει κοινότητες ιού RNA σε τέσσερις οικολογικές ζώνες: Αρκτική, Ανταρκτική, Εύκρατη και Τροπική Επιπελαγική (πλησιέστερα στην επιφάνεια, όπου συμβαίνει η φωτοσύνθεση) και Εύκρατη και Τροπική Μεσοπελαγική (20 1.000 μέτρα βάθος). Αυτές οι ζώνες ταιριάζουν πολύ με τις εκχωρήσεις ζωνών για τα σχεδόν 200.000 είδη θαλάσσιου ιού DNA που είχαν εντοπίσει προηγουμένως οι ερευνητές.
Υπήρχαν κάποιες εκπλήξεις. Ενώ η βιοποικιλότητα τείνει να διευρύνεται σε θερμότερες περιοχές κοντά στον ισημερινό και να πέφτει κοντά στους ψυχρότερους πόλους, ο Zayed είπε ότι μια ανάλυση οικολογικής αλληλεπίδρασης βάσει δικτύου έδειξε ότι η ποικιλομορφία των ειδών του ιού RNA ήταν υψηλότερη από την αναμενόμενη στην Αρκτική και την Ανταρκτική.
«Όσον αφορά τη διαφορετικότητα, οι ιοί δεν νοιάζονται για τη θερμοκρασία», είπε. “Υπήρχαν πιο εμφανείς αλληλεπιδράσεις μεταξύ των ιών και της κυτταρικής ζωής στις πολικές περιοχές. Αυτό μας λέει ότι η μεγάλη ποικιλομορφία που εξετάζουμε στις πολικές περιοχές οφείλεται βασικά στο ότι έχουμε περισσότερα είδη ιών που ανταγωνίζονται για τον ίδιο ξενιστή. Βλέπουμε λιγότερα είδη ξενιστών, αλλά περισσότερα ιικά είδη που μολύνουν τους ίδιους ξενιστές».
Η ομάδα χρησιμοποίησε διάφορες μεθοδολογικές προσεγγίσεις για τον εντοπισμό πιθανών ξενιστών, αρχικά συμπεραίνει τον ξενιστή με βάση την ταξινόμηση των ιών στο πλαίσιο του θαλάσσιου πλαγκτού και στη συνέχεια κάνει προβλέψεις με βάση τον τρόπο με τον οποίο οι ποσότητες των ιών και των ξενιστών «συν-μεταβάλλονται» επειδή η αφθονία τους εξαρτάται από ο ένας τον άλλον. Η τρίτη στρατηγική συνίστατο στην εύρεση στοιχείων ενσωμάτωσης ιών RNA σε κυτταρικά γονιδιώματα.
“Οι ιοί που μελετάμε δεν εισάγονται στο γονιδίωμα του ξενιστή, αλλά πολλοί ενσωματώνονται στο γονιδίωμα τυχαία. Όταν συμβαίνει, είναι μια ένδειξη για τον ξενιστή γιατί αν βρείτε ένα σήμα ιού μέσα σε ένα γονιδίωμα ξενιστή, είναι γιατί κάποια στιγμή ο ιός ήταν μέσα στο κύτταρο», είπε ο Dominguez-Huerta.
Ενώ οι περισσότεροι ιοί dsDNA είχαν βρεθεί ότι μολύνουν βακτήρια και αρχαία, τα οποία είναι άφθονα στον ωκεανό, αυτή η νέα ανάλυση διαπίστωσε ότι οι ιοί RNA μολύνουν κυρίως μύκητες και μικροβιακούς ευκαρυώτες και, σε μικρότερο βαθμό, τα ασπόνδυλα. Μόνο ένα μικρό κλάσμα των ιών θαλάσσιου RNA μολύνει βακτήρια.
Η ανάλυση έδωσε επίσης την απροσδόκητη ανακάλυψη 72 ευδιάκριτων λειτουργικά διαφορετικών βοηθητικών μεταβολικών γονιδίων (AMGs) πασπαλισμένα μεταξύ 95 ιών RNA, τα οποία παρείχαν μερικές από τις καλύτερες ενδείξεις για το τι είδους οργανισμούς μολύνουν αυτοί οι ιοί και ποιες μεταβολικές διεργασίες προσπαθούν να επαναπρογραμματίσουν προκειμένου να μεγιστοποιηθεί η «κατασκευή» των ιών στον ωκεανό.
Περαιτέρω ανάλυση βάσει δικτύου εντόπισε 1.243 είδη ιού RNA που συνδέονται με την εξαγωγή άνθρακα και, πολύ συντηρητικά, 11 υπονοήθηκε ότι συμμετείχαν στην προώθηση της εξαγωγής άνθρακα στον πυθμένα της θάλασσας. Από αυτούς, δύο ιοί που συνδέονται με ξενιστές στην οικογένεια των φυκιών επιλέχθηκαν ως οι πιο πολλά υποσχόμενοι στόχοι για παρακολούθηση.
«Η μοντελοποίηση φτάνει στο σημείο όπου μπορούμε να πάρουμε σακούλες γονιδίων από αυτές τις μεγάλης κλίμακας γονιδιωματικές έρευνες και να ζωγραφίσουμε μεταβολικούς χάρτες», δήλωσε ο Sullivan, επίσης καθηγητής Πολιτικής, Περιβαλλοντικής και Γεωδαιτικής Μηχανικής και ιδρυτικός διευθυντής του Κέντρου Μικροβιωματικής Επιστήμης της Πολιτείας του Οχάιο.
“Οραματίζομαι τη χρήση των AMG και αυτών των ιών που προβλέπεται ότι θα μολύνουν συγκεκριμένους ξενιστές για να πληκτρολογήσουν αυτούς τους μεταβολικούς χάρτες προς τον άνθρακα που χρειαζόμαστε. Είναι μέσω αυτής της μεταβολικής δραστηριότητας που πιθανότατα χρειάζεται να δράσουμε.”
Οι Sullivan, Dominguez-Huerta και Zayed είναι επίσης μέλη της ομάδας στο Ινστιτούτο Ένταξης Βιολογίας EMERGE στην Πολιτεία του Οχάιο.
Πηγή: phys.org
