Образцы океанской воды содержат сокровищницу данных о РНК-вирусах

Объединив анализ машинного обучения с традиционными эволюционными деревьями, международная группа исследователей идентифицировала 5500 новых видов РНК-вирусов, которые представляют все пять известных типов РНК-вирусов, и предполагает, что для их захвата необходимо как минимум пять новых типов РНК-вирусов.

Самая многочисленная коллекция вновь идентифицированных видов принадлежит предложенному исследователями типу под названием Taraviricota , намекающему на источник 35 000 проб воды, которые позволили провести анализ: Консорциум океанов Тары , постоянное глобальное исследование влияния климата на борту шхуны Тара . изменения в мировом океане.

«Здесь так много нового разнообразия — и целый тип, Taraviricota , был обнаружен во всех океанах, что говорит о том, что они экологически важны», — сказал ведущий автор Мэтью Салливан, профессор микробиологии в Университете штата Огайо.

«РНК-вирусы, безусловно, важны в нашем мире, но обычно мы изучаем лишь крошечную их часть — те несколько сотен, которые наносят вред людям, растениям и животным. внимательно посмотрели, и нам повезло, потому что практически каждый вид был новым, и многие из них были действительно новыми».

Исследование появилось онлайн сегодня в журнале Science .

В то время как микробы являются важными участниками всей жизни на планете, вирусы, которые заражают их или взаимодействуют с ними, по-разному влияют на микробные функции. Считается, что у этих типов вирусов есть три основные функции: уничтожение клеток, изменение того, как инфицированные клетки управляют энергией, и перенос генов от одного хозяина к другому.

Исследователи говорят, что больше информации о разнообразии и изобилии вирусов в Мировом океане поможет объяснить роль морских микробов в адаптации океана к изменению климата. Океаны поглощают половину производимого человеком углекислого газа из атмосферы, и предыдущие исследования этой группы показали, что морские вирусы являются «ручкой» биологического насоса, влияющего на хранение углерода в океане.

Взяв на себя задачу классификации РНК-вирусов, команда вступила в воду, которая все еще остается волнообразной после предыдущих усилий по категоризации таксономии, которые были сосредоточены в основном на РНК-вирусных патогенах. В биологическом царстве Orthornavirae пять типов были недавно признаны Международным комитетом по таксономии вирусов (ICTV).

Хотя исследовательская группа идентифицировала сотни новых видов РНК-вирусов, которые соответствуют этим существующим подразделениям, их анализ выявил еще тысячи видов, которые они сгруппировали в пять новых предложенных типов: Taraviricota, Pomiviricota, Paraxenoviricota, Wamoviricota и Arctiviricota , которые, как и Taraviricota , отличаются высокой многочисленными видами — по крайней мере, в критически важных для климата водах Северного Ледовитого океана, области мира, где условия потепления наносят наибольший ущерб.

Команда Салливана долгое время каталогизировала виды ДНК – вирусов в океанах, увеличив их число с нескольких тысяч в 2015 и 2016 годах до 200 000 в 2019 году. Для этих исследований ученые имели доступ к вирусным частицам для завершения анализа.

В этих текущих усилиях по обнаружению РНК-вирусов не было вирусных частиц для изучения. Вместо этого исследователи извлекли последовательности из генов, экспрессированных в организмах, плавающих в море, и сузили анализ до последовательностей РНК, содержащих сигнатурный ген, называемый RdRp, который эволюционировал в течение миллиардов лет в РНК-вирусах и отсутствует в других вирусах или клетках. .

Поскольку существование RdRp восходит к тому времени, когда жизнь была впервые обнаружена на Земле, его положение в последовательности много раз расходилось, а это означает, что традиционные филогенетические древовидные отношения было невозможно описать только последовательностями. Вместо этого команда использовала машинное обучение для организации 44 000 новых последовательностей таким образом, чтобы они могли справиться с этими миллиардами лет расхождения последовательностей, и проверила метод, показав, что этот метод может точно классифицировать последовательности уже идентифицированных РНК-вирусов.

«Нам пришлось сравнить известное, чтобы изучить неизвестное», — сказал Салливан, также профессор гражданской, экологической и геодезической инженерии, директор-основатель Центра науки о микробиоме штата Огайо и член руководящей группы Института интеграции биологии EMERGE.

«Мы создали вычислительно воспроизводимый способ выравнивания этих последовательностей таким образом, чтобы мы могли быть более уверены в том, что мы выравниваем положения, точно отражающие эволюцию».

Дальнейший анализ с использованием трехмерных представлений структур последовательностей и выравнивания показал, что кластер из 5500 новых видов не вписывается в пять существующих типов РНК-вирусов, отнесенных к царству Orthornavirae .

«Мы сравнили наши кластеры с установленными, признанными таксонами, основанными на филогении, и именно так мы обнаружили, что у нас больше кластеров, чем те, которые существовали», — сказал соавтор Ахмед Зайед, научный сотрудник в области микробиологии в штате Огайо и руководитель исследования. в институте EMERGE.

В целом, результаты привели исследователей к предложению не только пяти новых типов, но и как минимум 11 новых классов РНК-вирусов орторнавирана. Команда готовит предложение запросить формализацию типов и классов-кандидатов в ICTV.

Заид сказал, что объем новых данных о расхождении гена RdRp с течением времени приводит к лучшему пониманию того, как ранняя жизнь могла развиваться на планете.

«Предполагается, что RdRp является одним из самых древних генов — он существовал до того, как возникла необходимость в ДНК», — сказал он. «Таким образом, мы не только отслеживаем происхождение вирусов, но и отслеживаем происхождение жизни».

Это исследование было поддержано Национальным научным фондом, Фондом Гордона и Бетти Мур, Суперкомпьютерным центром Огайо, Центром науки о микробиоме штата Огайо, Институтом интеграции биологии EMERGE, Фондом Рамона-Аресеса и Laulima Government Solutions/NIAID. Работа также стала возможной благодаря беспрецедентному отбору проб и научным исследованиям Консорциума Tara Oceans, некоммерческого фонда Tara Ocean Foundation и его партнеров.

Предыдущий
Следующий
Корзина

Корзина пуста.