Klimawandel: mehr als 5.500 neue Viren im Meer entdeckt

Abgesehen von ihrer Rolle bei Infektionskrankheiten beim Menschen wissen wir relativ wenig über RNA-Viren im Rest der Welt. Ein besseres Verständnis der Vielfalt und des Überflusses von Viren in den Ozeanen ist wichtig, um die Rolle von Mikroben bei der Anpassung der Meere an den Klimawandel zu erklären.

Optimierte Methoden zur Entdeckung und Klassifizierung in RNA-Sequenzdaten, die von der Organisation Tara Oceans durchgeführt wurden, haben es ermöglicht, die Liste der bekannten RNA-Viren zu duplizieren.

Eine Analyse des genetischen Materials im Ozean hat Tausende bisher unbekannter RNA-Viren identifiziert und die Anzahl der Phyls oder biologischen Cluster von Viren verdoppelt, von denen angenommen wird, dass sie existieren. Dies geht aus einer neuen Studie hervor, die ein Forscherteam der Ohio University in den USA veröffentlicht hat Staaten haben gerade in der Zeitschrift Science veröffentlicht.

Das Tara Oceans Consortium ist eine laufende globale Studie über die Auswirkungen des Klimawandels auf die Weltmeere an Bord des Schoners Tara.

RNA-Viren sind für die Krankheiten bekannt, die sie bei Menschen verursachen, von der Erkältung bis hin zu COVID-19. Sie infizieren auch Pflanzen und Tiere, die für den Menschen wichtig sind. Diese Viren tragen ihre genetischen Informationen eher in RNA als in DNA. Sie entwickeln sich viel schneller als DNA-Viren. Während Wissenschaftler Hunderttausende von DNA-Viren in ihren natürlichen Ökosystemen katalogisiert haben, wurden RNA-Viren relativ wenig untersucht.

Im Gegensatz zu Menschen und anderen aus Zellen hergestellten Organismen fehlen Viren jedoch einzigartige kurze DNA-Abschnitte, die als genetischer Barcode fungieren könnten. Ohne diesen Barcode kann der Versuch, verschiedene Arten von Viren in der Natur zu unterscheiden, eine Herausforderung sein.

„Um diese Einschränkung zu umgehen“, erklärte Guillermo Domínguez Huerta, wissenschaftlicher Berater für Mikrobiologie an der Universität Ohio, „haben wir beschlossen, das Gen zu identifizieren, das für ein bestimmtes Protein kodiert, mit dem ein Virus sein genetisches Material replizieren kann. Es ist das einzige Protein, das alle RNA-Viren gemeinsam haben, da es eine wesentliche Rolle bei ihrer Ausbreitung spielt. Jedes RNA-Virus weist jedoch kleine Unterschiede in dem Gen auf, das für das Protein kodiert, wodurch ein Virustyp von einem anderen unterschieden werden kann.“

Deshalb untersuchten sie eine globale Datenbank mit Plankton-RNA-Sequenzen, die während des vierjährigen globalen Forschungsprojekts der Tara Oceans Expeditionen gesammelt wurden.

Plankton sammelt alle Wasserorganismen, die zu klein sind, um gegen den Strom zu schwimmen. Sie sind ein wichtiger Bestandteil der Nahrungsnetze der Ozeane und weit verbreitete Wirte von RNA-Viren. „Unser Test identifizierte schließlich mehr als 44.000 Gene, die das Protein des Virus kodieren“, sagte Dominguez Huerta.

Seine nächste Herausforderung bestand also darin, die evolutionären Verbindungen zwischen diesen Genen zu bestimmen. Je ähnlicher zwei von ihnen waren, desto wahrscheinlicher war es, dass Viren mit diesen Genen eng verwandt waren. Da sich diese Sequenzen vor langer Zeit (möglicherweise vor der ersten Zelle) entwickelt hatten, gingen im Laufe der Jahre genetische Signale verloren, die darauf hinwiesen, wo sich die neuen Viren möglicherweise von einem gemeinsamen Vorfahren getrennt haben könnten.

Eine Form der künstlichen Intelligenz namens maschinelles Lernen ermöglichte es jedoch, diese Abläufe systematisch zu organisieren und Unterschiede objektiver zu erkennen, als wenn die Aufgabe manuell erledigt würde.

„Wir haben insgesamt 5.504 neue marine RNA-Viren identifiziert und die Anzahl der bekannten RNA-Virus-Phylas von fünf auf 10 verdoppelt“, fuhr der Spezialist fort. Die geografische Kartierung dieser neuen Sequenzen ergab, dass zwei der neuen Philes in riesigen Meeresregionen besonders häufig vorkamen, mit regionalen Präferenzen in gemäßigten Zonen und tropischen Gewässern: die „Taraviricota“ (benannt nach den Expeditionen des Tara Oceans) oder der Arktische Ozean (die Arctiviricota).

Forscher glauben, dass Taraviricota das fehlende Glied in der Evolution von RNA-Viren sein könnte , nach dem die Wissenschaft seit langem gesucht hat, indem es zwei verschiedene bekannte Zweige von RNA-Viren verbindet, die sich in ihrer Replikation unterscheiden. Diese neuen Sequenzen helfen, nicht nur die Evolutionsgeschichte der RNA-Viren besser zu verstehen, sondern auch die Entwicklung des frühen Lebens auf der Erde.

Wie die COVID-19-Pandemie gezeigt hat, können RNA-Viren tödliche Krankheiten verursachen. Sie spielen aber auch eine wichtige Rolle in Ökosystemen, da sie eine Vielzahl von Organismen infizieren können, einschließlich Mikroben, die die Umwelt und Nahrungsketten auf chemischer Ebene beeinflussen.

Die Kartierung, wo auf der Welt diese RNA-Viren leben, kann klarstellen, wie sie sich auf die Organismen auswirken, die viele der ökologischen Prozesse antreiben, die unseren Planeten zum Funktionieren bringen. Es wird angenommen, dass diese Arten von Viren drei Hauptfunktionen haben: Zellen abtöten, die Art und Weise ändern, wie infizierte Zellen mit Energie umgehen, und Übertragung von Genen von einem Wirt zum anderen.

Trotz der Identifizierung so vieler neuer RNA-Viren bleibt es eine Herausforderung festzustellen, welche Organismen sie infizieren. Derzeit sind die Forscher auch hauptsächlich auf Fragmente von Genomen unvollständiger RNA-Viren beschränkt, teilweise aufgrund ihrer genetischen Komplexität und technologischen Einschränkungen.

„Unsere nächsten Schritte“, schloss der Spezialist, „werden darin bestehen, herauszufinden, welche Arten von Genen möglicherweise fehlen und wie sie sich im Laufe der Zeit verändert haben. Ihre Entdeckung könnte Wissenschaftlern helfen, besser zu verstehen, wie diese Viren funktionieren.“

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