Τα δείγματα ωκεάνιου νερού που συλλέχθηκαν σε όλο τον κόσμο έχουν αποδώσει έναν θησαυρό νέων δεδομένων σχετικά με τους ιούς RNA, διευρύνοντας τις δυνατότητες οικολογικής έρευνας και αναδιαμορφώνοντας την κατανόησή μας για το πώς εξελίχθηκαν αυτά τα μικρά αλλά σημαντικά υπομικροσκοπικά σωματίδια.
Συνδυάζοντας αναλύσεις μηχανικής μάθησης με παραδοσιακά εξελικτικά δέντρα, μια διεθνής ομάδα ερευνητών εντόπισε 5.500 νέα είδη ιών RNA που αντιπροσωπεύουν και τις πέντε γνωστές φυλές ιών RNA και υποδηλώνουν ότι απαιτούνται τουλάχιστον πέντε νέες φυλές ιών RNA για τη σύλληψή τους.
Η πληρέστερη συλλογή των νεοταυτοποιημένων ειδών ανήκει σε ένα προτεινόμενο φύλο που οι ερευνητές ονόμασαν Taraviricota, μια αναφορά στην πηγή των 35.000 δειγμάτων νερού που επέτρεψαν την ανάλυση: την κοινοπραξία Tara Oceans Consortium, μια συνεχιζόμενη παγκόσμια μελέτη επί της σκούνας Tara για τον αντίκτυπο της κλιματικής αλλαγής στους ωκεανούς του κόσμου.
"Υπάρχει τόση νέα ποικιλομορφία εδώ - και ένα ολόκληρο φύλο, τα Taraviricota,βρέθηκαν σε όλους τους ωκεανούς, γεγονός που υποδηλώνει ότι είναι οικολογικά σημαντικά", δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας Matthew Sullivan, καθηγητής μικροβιολογίας στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο του Οχάιο.
"Οι ιοί RNA είναι σαφώς σημαντικοί στον κόσμο μας, αλλά συνήθως μελετάμε μόνο ένα μικρό κομμάτι τους -- τις μερικές εκατοντάδες που βλάπτουν τους ανθρώπους, τα φυτά και τα ζώα. Θέλαμε να τους μελετήσουμε συστηματικά σε πολύ μεγάλη κλίμακα και να εξερευνήσουμε ένα περιβάλλον που κανείς δεν είχε εξετάσει σε βάθος, και σταθήκαμε τυχεροί γιατί σχεδόν κάθε είδος ήταν νέο, και πολλά ήταν πραγματικά νέα".
Η μελέτη δημοσιεύεται στο διαδίκτυο σήμερα (7 Απριλίου 2022) στο Science.
Ενώ τα μικρόβια συμβάλλουν ουσιαστικά σε όλη τη ζωή στον πλανήτη, οι ιοί που τα μολύνουν ή αλληλεπιδρούν με αυτά έχουν ποικίλες επιδράσεις στις μικροβιακές λειτουργίες. Αυτοί οι τύποι ιών πιστεύεται ότι έχουν τρεις κύριες λειτουργίες: σκοτώνουν τα κύτταρα, αλλάζουν τον τρόπο με τον οποίο τα μολυσμένα κύτταρα διαχειρίζονται την ενέργεια και μεταφέρουν γονίδια από τον έναν ξενιστή στον άλλο.
Η γνώση περισσότερων στοιχείων για την ποικιλομορφία και την αφθονία των ιών στους ωκεανούς του κόσμου θα βοηθήσει στην εξήγηση του ρόλου των θαλάσσιων μικροβίων στην προσαρμογή των ωκεανών στην κλιματική αλλαγή, λένε οι ερευνητές. Οι ωκεανοί απορροφούν το μισό από το διοξείδιο του άνθρακα που παράγεται από τον άνθρωπο από την ατμόσφαιρα και προηγούμενες έρευνες αυτής της ομάδας έχουν υποδείξει ότι οι θαλάσσιοι ιοί είναι το "κουμπί" σε μια βιολογική αντλία που επηρεάζει τον τρόπο αποθήκευσης του άνθρακα στον ωκεανό.
Αναλαμβάνοντας την πρόκληση της ταξινόμησης των ιών RNA, η ομάδα μπήκε σε νερά που εξακολουθούν να κυμαίνονται από προηγούμενες προσπάθειες κατηγοριοποίησης της ταξινόμησης που επικεντρώθηκαν κυρίως σε παθογόνα RNA ιών. Εντός του βιολογικού βασιλείου Orthornavirae, πέντε φυλές αναγνωρίστηκαν πρόσφατα από τη Διεθνή Επιτροπή Ταξινόμησης των Ιών (ICTV).
Αν και η ερευνητική ομάδα εντόπισε εκατοντάδες νέα είδη ιών RNA που εντάσσονται σε αυτές τις υπάρχουσες διαιρέσεις, η ανάλυσή τους εντόπισε χιλιάδες ακόμη είδη που ομαδοποίησαν σε πέντε νέες προτεινόμενες φυλές: Taraviricota, Pomiviricota, Paraxenoviricota, Wamoviricota και Arctiviricota, η οποία, όπως και η Taraviricota, διαθέτει εξαιρετικά άφθονα είδη - τουλάχιστον στα κρίσιμα για το κλίμα νερά του Αρκτικού Ωκεανού, την περιοχή του κόσμου όπου οι συνθήκες αύξησης της θερμοκρασίας προκαλούν τον μεγαλύτερο όλεθρο.
Η ομάδα του Sullivan έχει καταγράψει εδώ και καιρό τα είδη των ιών DNA στους ωκεανούς, αυξάνοντας τους αριθμούς από μερικές χιλιάδες το 2015 και το 2016 σε 200.000 το 2019. Για τις μελέτες αυτές, οι επιστήμονες είχαν πρόσβαση σε ιικά σωματίδια για να ολοκληρώσουν την ανάλυση.
Σε αυτές τις τρέχουσες προσπάθειες ανίχνευσης ιών RNA, δεν υπήρχαν ιικά σωματίδια για να μελετηθούν. Αντ' αυτού, οι ερευνητές εξήγαγαν αλληλουχίες από γονίδια που εκφράζονται σε οργανισμούς που επιπλέουν στη θάλασσα και περιόρισαν την ανάλυση σε αλληλουχίες RNA που περιείχαν ένα γονίδιο-υπογραφή, που ονομάζεται RdRp, το οποίο έχει εξελιχθεί εδώ και δισεκατομμύρια χρόνια στους ιούς RNA και απουσιάζει από άλλους ιούς ή κύτταρα.
Επειδή η ύπαρξη του RdRp χρονολογείται από την εποχή που ανιχνεύθηκε για πρώτη φορά ζωή στη Γη, η θέση της αλληλουχίας του έχει αποκλίνει πολλές φορές, πράγμα που σημαίνει ότι οι παραδοσιακές σχέσεις φυλογενετικού δέντρου ήταν αδύνατο να περιγραφούν μόνο με τις αλληλουχίες. Αντ' αυτού, η ομάδα χρησιμοποίησε μηχανική μάθηση για να οργανώσει 44.000 νέες αλληλουχίες με τρόπο που θα μπορούσε να χειριστεί αυτά τα δισεκατομμύρια χρόνια απόκλισης των αλληλουχιών και επικύρωσε τη μέθοδο δείχνοντας ότι η τεχνική θα μπορούσε να ταξινομήσει με ακρίβεια αλληλουχίες ιών RNA που είχαν ήδη αναγνωριστεί.
"Έπρεπε να συγκρίνουμε το γνωστό για να μελετήσουμε το άγνωστο", δήλωσε ο Sullivan, επίσης καθηγητής πολιτικής, περιβαλλοντικής και γεωδαιτικής μηχανικής, ιδρυτικός διευθυντής του Κέντρου Επιστήμης Μικροβιωμάτων του Ohio State και μέλος της ηγετικής ομάδας του Ινστιτούτου Ολοκλήρωσης Βιολογίας EMERGE.
"Δημιουργήσαμε έναν υπολογιστικά αναπαραγώγιμο τρόπο ευθυγράμμισης αυτών των αλληλουχιών, ώστε να μπορούμε να είμαστε πιο σίγουροι ότι ευθυγραμμίζουμε θέσεις που αντικατοπτρίζουν με ακρίβεια την εξέλιξη".
Περαιτέρω ανάλυση με τη χρήση τρισδιάστατων αναπαραστάσεων των δομών των αλληλουχιών και ευθυγράμμισης αποκάλυψε ότι το σύμπλεγμα των 5.500 νέων ειδών δεν ταίριαζε στα πέντε υπάρχοντα φύλα των ιών RNA που κατηγοριοποιούνται στο βασίλειο των Orthornavirae.
"Συγκρίναμε τις συστάδες μας με τις καθιερωμένες, αναγνωρισμένες ταξινομικές ομάδες που βασίζονται στη φυλογένεση και έτσι διαπιστώσαμε ότι έχουμε περισσότερες συστάδες από αυτές που υπήρχαν", δήλωσε ο συν-πρώτος συγγραφέας Ahmed Zayed, ερευνητής μικροβιολογίας στο Ohio State και επικεφαλής της έρευνας στο Ινστιτούτο EMERGE.
Συνολικά, τα ευρήματα οδήγησαν τους ερευνητές στο να προτείνουν όχι μόνο τις πέντε νέες φυλές, αλλά και τουλάχιστον 11 νέες ορθορνοραβικές τάξεις ιών RNA. Η ομάδα ετοιμάζει πρόταση για να ζητήσει την επισημοποίηση των υποψήφιων φυλών και κλάσεων από το ICTV.
Ο Zayed δήλωσε ότι η έκταση των νέων δεδομένων σχετικά με την απόκλιση του γονιδίου RdRp με την πάροδο του χρόνου οδηγεί σε μια καλύτερη κατανόηση για το πώς μπορεί να εξελίχθηκε η πρώιμη ζωή στον πλανήτη.
"Το RdRp υποτίθεται ότι είναι ένα από τα πιο αρχαία γονίδια - υπήρχε πριν υπάρξει ανάγκη για DNA", είπε. "Έτσι, δεν εντοπίζουμε μόνο την προέλευση των ιών, αλλά και την προέλευση της ζωής".
Ημ/νία καταχώρησης: 28/4/2022
[GR] Greek
[EN] English