Cambiamenti climatici: più di 5.500 nuovi virus scoperti nell'oceano

A parte il loro ruolo nelle malattie infettive umane, sappiamo relativamente poco sui virus a RNA nel resto del mondo. Una migliore comprensione della diversità e dell'abbondanza di virus negli oceani è importante per spiegare il ruolo dei microbi nell'adattamento dei mari ai cambiamenti climatici.

I metodi ottimizzati di scoperta e classificazione nei dati di sequenza dell'RNA effettuati dall'organizzazione Tara Oceans hanno permesso di duplicare l'elenco dei virus a RNA noti.

Un'analisi del materiale genetico nell'oceano ha identificato migliaia di virus a RNA precedentemente sconosciuti e ha raddoppiato il numero di phyl, o cluster biologici, di virus che si ritiene esistano, secondo un nuovo studio che un team di ricercatori della Ohio University negli Stati Uniti States ha appena pubblicato sulla rivista Science.

Il Tara Oceans Consortium è uno studio globale in corso sull'impatto del cambiamento climatico sugli oceani del mondo, a bordo della goletta Tara.

I virus a RNA sono noti per le malattie che causano nelle persone, dal comune raffreddore al COVID-19. Infettano anche piante e animali importanti per l'uomo. Questi virus trasportano le loro informazioni genetiche nell'RNA, piuttosto che nel DNA. Si evolvono a una velocità molto più rapida rispetto ai virus del DNA. Mentre gli scienziati hanno catalogato centinaia di migliaia di virus del DNA nei loro ecosistemi naturali, i virus a RNA sono stati studiati relativamente poco.

Tuttavia, a differenza degli esseri umani e di altri organismi cellulari, i virus mancano di brevi tratti di DNA che potrebbero agire come ciò che i ricercatori chiamano un codice a barre genetico. Senza questo codice a barre, cercare di distinguere diverse specie di virus in natura può essere una sfida.

«Per aggirare questa limitazione», ha spiegato Guillermo Domínguez Huerta, consulente scientifico in microbiologia presso la Ohio University, «abbiamo deciso di identificare il gene che codifica per una particolare proteina che consente a un virus di replicare il suo materiale genetico. È l'unica proteina condivisa da tutti i virus RNA, perché svolge un ruolo essenziale nel modo in cui si diffondono. Tuttavia, ogni virus a RNA presenta piccole differenze nel gene che codifica per la proteina che può aiutare a distinguere un tipo di virus da un altro».

Così hanno esaminato un database globale di sequenze di RNA di plancton raccolte durante il progetto di ricerca globale quadriennale delle spedizioni Tara Oceans.

Il plancton raccoglie qualsiasi organismo acquatico troppo piccolo per nuotare controcorrente. Sono una parte vitale delle reti alimentari degli oceani e sono ospiti comuni di virus a RNA. «Il nostro test alla fine ha identificato più di 44.000 geni che codificano la proteina del virus», ha detto Dominguez Huerta.

La sua sfida successiva, quindi, era determinare le connessioni evolutive tra questi geni. Più due erano simili, più era probabile che i virus con quei geni fossero strettamente correlati. Poiché queste sequenze si erano evolute molto tempo fa (forse prima della prima cellula), i segnali genetici che indicavano dove i nuovi virus avrebbero potuto separarsi da un antenato comune erano andati persi nel corso degli anni.

Tuttavia, una forma di intelligenza artificiale chiamata apprendimento automatico ha permesso di organizzare sistematicamente queste sequenze e rilevare le differenze in modo più obiettivo rispetto a se l'attività fosse stata eseguita manualmente.

«Abbiamo identificato un totale di 5.504 nuovi virus a RNA marino e abbiamo raddoppiato il numero di filas del virus RNA noto da cinque a 10", ha continuato lo specialista. La mappatura geografica di queste nuove sequenze ha rivelato che due dei nuovi fili erano particolarmente abbondanti in vaste regioni oceaniche, con preferenze regionali nelle zone temperate e nelle acque tropicali: la «Taraviricota» (dal nome delle spedizioni Tara Oceans) o l'Oceano Artico (l'Arctiviricota).»

I ricercatori ritengono che Taraviricota potrebbe essere l'anello mancante nell'evoluzione dei virus a RNA che la scienza ha cercato a lungo, collegando due diversi rami noti di virus a RNA che divergono nel modo in cui si replicano. Queste nuove sequenze aiutano a comprendere meglio non solo la storia evolutiva dei virus a RNA, ma anche l'evoluzione della prima vita sulla Terra.

Come ha dimostrato la pandemia di COVID-19, i virus a RNA possono causare malattie mortali. Ma svolgono anche un ruolo vitale negli ecosistemi perché possono infettare una vasta gamma di organismi, compresi i microbi che influenzano gli ambienti e le catene alimentari a livello chimico.

Mappare dove vivono questi virus a RNA nel mondo può aiutare a chiarire come influenzano gli organismi che guidano molti dei processi ecologici che fanno funzionare il nostro pianeta. Si ritiene che questi tipi di virus abbiano tre funzioni principali: uccidere le cellule, cambiare il modo in cui le cellule infette gestiscono l'energia e trasferire i geni da un ospite all'altro.

Nonostante l'identificazione di così tanti nuovi virus a RNA, rimane una sfida determinare quali organismi infettano. Attualmente, i ricercatori sono principalmente limitati a frammenti di genomi di virus a RNA incompleti, in parte a causa della loro complessità genetica e dei limiti tecnologici.

«I nostri prossimi passi», ha concluso lo specialista, «saranno scoprire quali tipi di geni potrebbero mancare e come sono cambiati nel tempo. Scoprirli potrebbe aiutare gli scienziati a capire meglio come funzionano questi virus».

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