Okeānā identificēti 5500 jauni vīrusi, tostarp atrasts iztrūkstošs posms vīrusu evolūcijā

Mums RNS vīrusi vislabāk pazīstami slimību dēļ, ko tie ierosina – sākot jau no parastām iesnām līdz pat Covid-19. Ar RNS vīrusiem inficējas arī cilvēkiem svarīgi augi un dzīvnieki. Šo vīrusu ģenētisko informāciju nes RSN (ribonukleīnskābe), nevis DNS (dezoksiribonukleīnskābe), un RNS vīrusi tipiski evolucionē daudz straujāk nekā DNS vīrusi. Zinātnieki ir klasificējuši simtiem tūkstošus DNS vīrusu to dabiskajās ekosistēmās, taču RNS vīrusi ir salīdzinoši mazāk pētīti.

Pretēji cilvēkiem un citiem no šūnām sastāvošiem organismiem, vīrusiem nav tādu unikālu un samērā īsu DNS fragmentu, ko pētnieki mēdz dēvēt par ģenētisko svītrkodu (līdzīgi kā preču svītrkods veikalā, šis ģenētiskais svītrkods ir unikāla sugu identifikācijas metode). Bez šī svītrkoda mēģināt dabā izšķirt dažādas vīrusu sugas var būt ļoti grūti.

Lai apietu šo ierobežojumu, mēs nolēmām identificēt gēnu, kas kodē speficisku proteīnu, kurš ļauj vīrusam replicēt savu ģenētisko materiālu. Tas ir vienīgais visiem RNS vīrusiem kopīgais proteīns, jo pilda svarīgu funkciju un ļauj vīrusiem izplatīties. Katram no RNS vīrusiem šajā gēnā gan ir minimālas atšķirības, un tieši šīs atšķirības ļauj izdalīt vienu vīrusu no cita.

Pārskatījām globālu RNS sekvenču datubāzi, kas iegūta no četru gadu periodā "Tara Oceans" pētniecisko ekspedīciju laikā ievāktā planktona. Planktons ir faktiski visi ūdens organismi, kas ir pārāk mazi, lai spēti peldēt pret straumi (proti, tai vai nu trūkst trūkst spēju aktīvi pārvietoties, vai arī tās ir ierobežotas).

Planktons ir vitāli svarīgs barības ķēdes posms okeānos, kā arī bieži ir izplatīts RNS vīrusu saimniekorganisms. Mūsu veiktais planktona datubāzes skrīnings ļāva identificēt apmēram 44 tūkstošus gēnu, kas kodē šo specifisko RNS vīrusu proteīnu.

Nākamais izaicinājums bija noskaidrot evolucionāras saiknes starp šiem gēniem. Jo līdzīgāki viens otram ir divi gēni, jo lielāka varbūtība, ka šos gēnus nesošie vīrusi bijuši cieši radniecīgi. Tā kā šo sekvenču evolūcijai ir tik sena vēsture (iespējams, pat senāka par pirmo šūnu), ģenētiskās norādes par to brīdi evolūcijā, kad šie vīrusi atzarojušies no kopīga senča, sen ir zudušas. Tomēr ar mašīnmācīšanās palīdzību spējām sistematizēt un organizēt šo lielo ģenētisko sekvenču apjomu un noteikt atšķirības daudz precīzāk un objektīvāk, nekā iespējams ar manuālu šķirošanu.

Tādējādi identificējām kopumā 5504 jaunus ūdenī mītošus RNS vīrusus un faktiski dubultojām līdz šim zināmo RNS vīrusu tipu skaitu no pieciem līdz desmit. Veicot šo sekvenču ģeogrāfisku kartēšanu, atklājās, ka divi no jaunatklātajiem tipiem ir izplatīti ļoti plašos okeāna reģionos, priekšroku dodot vai nu mērenās klimata joslas, vai tropu ūdeņiem (Taraviricota tips, nodēvēts par godu "Tara Oceans" ekspedīcijām), kā arī ir izplatīti arktiskajos ūdeņos (Arctiviricota).

Mums ir pamats uzskatīt, ka Taraviricota varētu būt RNS vīrusu evolūcijas ķēdē iepriekš iztrūkstošais posms, kuru pētnieki ilgi meklējuši. Tas "savelk kopā" divus jau iepriekš zināmus RNS vīrusu atzarojumus.

Šo sekvenču analīze ļaus pētniekiem ne tikai labāk izprast RNS vīrusu evolūcijas vēsturi, bet arī agrīnās Zemes dzīvības evolūcijas vēsturi kopumā.

Kā pierādījusi Covid-19 pandēmija, RNS vīrusi spēj ierosināt nāvējošas slimības. Tomēr RNS vīrusi arī spēlē ļoti svarīgu lomu daudzās ekosistēmās. Tie inficē plašu organismu spektru, tostarp spēj inficēt arī mikrobus, kas savukārt jau ķīmiskā līmenī ietekmē vidi un barības ķēdes.

Kartēt šo vīrusu izplatību un izpētīt, kur tie dzīvo, palīdz saprast, kā tie ietekmē daudzus organismus, kas virza mūsu planētas ekoloģiskos procesus. Mūsu darbs tostarp ļāvis arī izstrādāt labākus rīkus un metodes, kas var palīdzēt pētniekiem turpmāk veiksmīgāk veidot vīrusu katalogus, pasaulē arvien pieaugot ģenētiskās datubāzēs pieejamās informācijas daudzumam.

Neskatoties uz to, ka izdevies klasificēt tik daudz jaunu RNS vīrusu, aizvien ir ļoti grūti noteikt, tieši kurus organismus tie spēj inficēt. Tas, ka šie vīrusi ir identificēti, vēl nenozīmē, ka pētniekiem pieejami visu šo vīrusu pilnvērtīgi genomi. Lielākoties runa ir par atsevišķiem RNS vīrusu fragmentiem.

Nākamais solis šajā pētījumu virzienā būs saprast, kādi gēni šajā ainā iztrūkst un kā tie laika gaitā mainījušies. To uzzinot, daudz labāk varētu izprast vīrusu darbības mehānismus.

--

Šis raksts ir pārpublicēts no "The Conversation" saskaņā ar "Creative Commons" licenci. Visu rakstu oriģinālvalodā var lasīt vietnē "The Conversation".

Raksta autori ir Ohaio Štata universitātes mikrobioloģijas profesors Metjū Salivans ar kolēģiem Giljermo Domingesu Vuertu, Ahmedu Zajevu un Džeimsu Vainainu.