Οι επιστήμονες ανακαλύπτουν σχεδόν 200.000 είδη ιών του ωκεανού

Κάθε φορά που καταπίνετε μια μπουκιά θαλασσινό νερό ενώ κολυμπάτε στην παραλία, καταποντίζετε περίπου τόσους ιούς όσοι υπάρχουν άνθρωποι στη Βόρεια Αμερική.

Ωστόσο, παρά την εκπληκτική αφθονία των θαλάσσιων ιών - και τον βασικό ρόλο που φαίνεται να παίζουν αυτοί οι μολυσματικοί παράγοντες σε παγκόσμιες διαδικασίες όπως ο κύκλος του άνθρακα - οι επιστήμονες εξακολουθούν να γνωρίζουν σχετικά λίγα για την ποικιλία των ιών που υπάρχουν εκεί έξω. Το 2015 μια ομάδα κατέγραψε 5.476 διαφορετικά είδη ιών στον ωκεανό. Το 2016 η ίδια ομάδα ενημέρωσε τον αριθμό της σε 15.222.

Αλλά σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε σήμερα στο Cell , αυτός ο αριθμός εκτοξεύεται σε 195.728 διαφορετικούς πληθυσμούς ιών, μια αύξηση πάνω από δωδεκαπλάσια.

«Αυτή είναι μια αρκετά εκπληκτική μελέτη», είπε ο Louis-Marie Bobay, μικροβιακός γονιδιωματικός από το Πανεπιστήμιο της Βόρειας Καρολίνας-Γκρίνσμπορο, ο οποίος δεν συμμετείχε στην εργασία. "Γνωρίζουμε τόσο λίγα για την οικολογία των ιών σε μεγάλο μέρος του ωκεανού και αυτά είναι μερικά από τα πιο εντυπωσιακά και παγκόσμια δεδομένα που έχουν συλλεχθεί ποτέ."

Το δωδεκαπλάσιο άλμα επιτράπηκε από μια φιλόδοξη παγκόσμια αποστολή δειγματοληψίας και μια πιο εξελιγμένη γονιδιωματική ανάλυση.

Αν και οι ωκεανοί καλύπτουν το 70 τοις εκατό του πλανήτη μας, μέχρι πριν από λίγα χρόνια οι περισσότερες γνώσεις για τη θαλάσσια ιική ποικιλομορφία προέρχονταν από λίγες μόνο καλά μελετημένες τοποθεσίες. Αυτό άλλαξε με το έργο Tara Oceans, το οποίο αναζήτησε μια πιο ολοκληρωμένη απογραφή της θαλάσσιας μικροβιακής και ιικής ποικιλότητας με δειγματοληψία σε όλο τον κόσμο. Η γολέτα Tara έχει κάνει τον δρόμο της γύρω από τον ωκεανό, συλλέγοντας δείγματα από την επιφάνεια προς τα βάθη και από πόλο σε πόλο. Η νέα μελέτη περιλάμβανε δείγματα από 43 τοποθεσίες στην Αρκτική που δεν χρησιμοποιήθηκαν στις μελέτες του 2015 και του 2016.

Περίπου το 40 τοις εκατό των πληθυσμών του νέου ιού προήλθε από τα νέα δείγματα της Αρκτικής. Τα υπόλοιπα προήλθαν από την εκ νέου ανάλυση δειγμάτων Tara που χρησιμοποιήθηκαν για τις προηγούμενες μελέτες. «Οι αλγόριθμοι που χρησιμοποιούμε για τη συγκέντρωση ιικών γονιδιωμάτων από κομμάτια DNA έγιναν πολύ, πολύ καλύτεροι», δήλωσε η Ann Gregory, μικροβιακή οικολόγος στο Καθολικό Πανεπιστήμιο του Leuven στο Βέλγιο και μία από τις κύριες συγγραφείς της μελέτης.

Εκτός από τη συνένωση κλώνων DNA από θραύσματα, η Γκρέγκορι και οι συνεργάτες της έπρεπε να καταλήξουν σε έναν τρόπο να ταξινομήσουν την ποικιλία των γονιδιωμάτων του ιού που έβλεπαν. Ο ορισμός ενός ιικού «είδους» είναι αμφιλεγόμενος, καθώς οι ιοί αναπαράγονται ασεξουαλικά και συχνά ανταλλάσσουν DNA μεταξύ τους και με τους ξενιστές τους. Επειδή οι ιοί δεν περιέχουν τον απαραίτητο μηχανισμό για να αναπαραχθούν ανεξάρτητα, ορισμένοι βιολόγοι δεν θεωρούν τους ιούς ακόμη και πλήρως «ζωντανούς».

Αντί για είδη, ο Gregory ταξινόμησε τους ιούς σε «πληθυσμούς» στους οποίους «υπάρχει περισσότερη ροή γονιδίων μέσα σε μια ομάδα παρά μεταξύ ομάδων ιών». Εάν οι ιοί με αλληλουχία μοιράζονταν τουλάχιστον το 95 τοις εκατό του DNA τους, τους αποκαλούσε μέλη του ίδιου διακριτού πληθυσμού.

Αυτή η μέθοδος απέδωσε σχεδόν 200.000 πληθυσμούς. Περίπου το 90 τοις εκατό από αυτά δεν μπορούσαν να χαρτογραφηθούν σε καμία γνωστή ταξινόμηση ιών, καθιστώντας τα εντελώς νέα στην επιστήμη. Και, αν και οι ιοί δεν ταξινομούνται παραδοσιακά σε γένη, όπως το Homo για τον άνθρωπο ή Σταφυλόκοκκος για τα βακτήρια σταφυλόκοκκου, ο Gregory κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η ποικιλομορφία των πληθυσμών που έλαβαν δείγμα ήταν της τάξης πολλών νέων γενών.

Επιπλέον, οι ερευνητές συμπέραναν την ύπαρξη πέντε ομάδων ιών σε επίπεδο κοινότητας που χαρτογραφήθηκαν σε διακριτές θαλάσσιες οικολογικές ζώνες με βάση τη θερμοκρασία και το βάθος:Αρκτική, Ανταρκτική, εύκρατη και τροπική επιφάνεια, εύκρατη και τροπική υπόγεια επιφάνεια και βαθύς ωκεανός. Μέσα στα γονιδιώματα αυτών των κοινοτήτων, οι ερευνητές βρήκαν στοιχεία γενετικής προσαρμογής σε κάθε οικολογική ζώνη. «Η θερμοκρασία ήταν ο μεγαλύτερος προγνωστικός παράγοντας της δομής της κοινότητας», είπε ο Ahmed Zayed, μεταπτυχιακός φοιτητής στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο του Οχάιο, ο οποίος ηγήθηκε της ανάλυσης. Οι ποικίλες θερμοκρασίες υποστηρίζουν διαφορετικά είδη μικροβιακών κοινοτήτων ξενιστών, εξήγησε ο Zayed, και οι ιοί προσαρμόζονται ανάλογα.

Σε παγκόσμιο επίπεδο, τα παρατηρούμενα πρότυπα βιοποικιλότητας μεταξύ των ιών συγκρούονται κάπως με τις καθιερωμένες οικολογικές τάσεις. «Υπάρχει αυτό το παράδειγμα ότι η ποικιλομορφία είναι υψηλότερη στον ισημερινό και μειώνεται καθώς κινείστε προς τους πόλους», είπε ο Zayed. Οι ερευνητές βρήκαν αυξημένη ποικιλομορφία στον ισημερινό, αλλά βρήκαν επίσης μια εκπληκτική ποικιλότητα στην Αρκτική.

«Είμαστε έκπληκτοι που είδαμε την Αρκτική ως ένα hotspot βιοποικιλότητας, κάτι που είναι ιδιαίτερα σημαντικό, καθώς αυτά τα νερά είναι από τα πιο γρήγορα μεταβαλλόμενα στον πλανήτη λόγω της κλιματικής αλλαγής», δήλωσε ο Matthew Sullivan, μικροβιολόγος στην Πολιτεία του Οχάιο και ο ανώτερος συγγραφέας του μελέτη. Η Gregory είπε ότι χρειάζεται να γίνει περισσότερη έρευνα για να κατανοηθεί γιατί η Αρκτική είναι τόσο ποικιλόμορφη, αλλά πιστεύει ότι μπορεί να έχει να κάνει με τα μικρότερα κύτταρα-ξενιστές που ζουν σε αυτά τα ψυχρά νερά. "Μικρότεροι κεντρικοί υπολογιστές σημαίνει περισσότερους κεντρικούς υπολογιστές, κάτι που μπορεί να σημαίνει περισσότερες ευκαιρίες για διαφοροποίηση των ιών."

Όσο για το αν οι ερευνητές αναμένουν ένα άλλο τεράστιο άλμα στις ποικιλίες σε λίγα χρόνια από τώρα, ο Sullivan πιστεύει ότι όχι. «Νομίζω ότι υπάρχουν περισσότερα να ανακαλύψεις; Σίγουρα, αλλά ελπίζω σε αυτό το σημείο ότι έχουμε συλλάβει σε μεγάλο βαθμό τους άφθονους ιούς που μπορούμε με αυτήν τη μέθοδο», είπε, προσθέτοντας, «τουλάχιστον μέχρι να μπούμε σε εντελώς νέα περιβάλλοντα με εντελώς διαφορετικές επιλεκτικές πιέσεις». /P>

Σύμφωνα με τον Curtis Suttle, μικροβιακό οικολόγο στο Πανεπιστήμιο της Βρετανικής Κολομβίας, οι ιοί παίζουν σημαντικό ρόλο στους παγκόσμιους βιογεωχημικούς κύκλους, συμπεριλαμβανομένου του κύκλου του άνθρακα, όπου ο άνθρακας κινείται μεταξύ της βιόσφαιρας της Γης και της ατμόσφαιρας. «Προσπαθώ να υποστηρίξω ότι οι θαλάσσιοι ιοί είναι ζωτικής σημασίας για μεγάλο χρονικό διάστημα», είπε ο Σάτλ, ο οποίος δεν συμμετείχε στη νέα μελέτη. "Η μεταφορά αυτού του είδους δεδομένων στην κοινότητα είναι εξαιρετικά σημαντική για την κατανόηση του ρόλου των ιών στις παγκόσμιες διαδικασίες."

Ο Σάτλ εξήγησε ότι οι ωκεανοί απορροφούν σήμερα περίπου το ήμισυ των εκπομπών άνθρακα που προκαλούνται από τον άνθρωπο και η ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα που απορροφάται συνεχίζει να αυξάνεται. Οι ιοί επηρεάζουν το επίπεδο κορεσμού:Σύμφωνα με τον Suttle, οπουδήποτε από 20 έως 40 τοις εκατό του παγκόσμιου βακτηριακού πληθυσμού σκοτώνεται κάθε μέρα από ιούς. Όταν ένα βακτήριο σκοτώνεται από ιογενή λοίμωξη, το κυτταρικό του τοίχωμα εκρήγνυται. "Όλος ο άνθρακας που δημιούργησε αυτά τα βακτήρια απελευθερώνεται στους ωκεανούς", είπε, και μέρος του άνθρακα καταλήγει να απομονώνεται βαθιά στον ωκεανό.

Μερικοί επιστήμονες έχουν υποθέσει ότι οι ιοί θα μπορούσαν κάποια μέρα να χρησιμοποιηθούν για να τροποποιήσουν τον κύκλο του άνθρακα και να μειώσουν την ποσότητα του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα, σύμφωνα με τον Suttle. Ο Zayed, ο οποίος άρχισε να ενδιαφέρεται για τους ιούς ενώ μελετούσε τη θεραπεία με φάγο ως εναλλακτική λύση στα αντιβιοτικά για τη θεραπεία λοιμώξεων, αποκαλεί αυτό το δυνητικά επικίνδυνο σχήμα γεωμηχανικής «θεραπεία φάγων για το περιβάλλον».

Είτε η ανακάλυψη του ιού έχει πρακτικές εφαρμογές είτε όχι, η Melissa Duhaime, μικροβιακή οικολόγος στο Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν, είναι ενθουσιασμένη από τον καθαρό «ψυχρό παράγοντα» της νέας μελέτης. «Όταν αρχίζετε να κοιτάζετε για πρώτη φορά νέα δεδομένα όπως αυτό, είναι σαν να προσγειώνεστε στον Άρη και να κοιτάζετε γύρω σας για πρώτη φορά», είπε ο Duhaime, «αλλά ένας Άρης με μικρά πλάσματα δεν περιγράφηκε ποτέ πριν σας κοιτάξει ξανά επίμονα».