В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Nature, команда исследователей из Университета.S. Объединенный институт генома (JGI) Министерства энергетики США (DOE), учреждение Управления науки Министерства энергетики США, расположенное в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (лаборатория Беркли), обнаружило большое разнообразие крупных и гигантских вирусов, которые принадлежат к нуклеоцитоплазматическим большим ДНК-вирусам (NCLDV). супергруппа.
Расширение разнообразия больших и гигантских вирусов дало исследователям понимание того, как они могут взаимодействовать со своими хозяевами и как эти взаимодействия могут, в свою очередь, влиять на сообщества хозяев и их роль в углеродном и других круговоротах питательных веществ.
«Это первое исследование, в котором более глобальный взгляд на гигантские вирусы проводится путем захвата геномов некультивируемых гигантских вирусов из экологических последовательностей по всему миру, а затем использования этих последовательностей для заключения о биогеографическом распределении этих вирусов в различных экосистемах и их разнообразии. , их предполагаемые метаболические особенности и предполагаемые хозяева », – отметила старший автор исследования Таня Войке, возглавляющая микробную программу JGI.
Команда добыла более 8 500 общедоступных наборов данных метагеномов, созданных на участках отбора проб по всему миру, включая данные из нескольких предложений, относящихся к миссии Министерства энергетики, через Программу общественных наук JGI. Предложения исследователей из Университета Конкордия (Канада), Университета Мичигана, Университета Висконсин-Мэдисон и Технологического института Джорджии касались микробных сообществ из пресноводных экосистем, включая, соответственно, северные озера Канады, Великие Лаврентийские озера, озеро Особый интерес вызвали Мендота и озеро Ланье.
Отсев и реконструкция вирусных геномов
Многое из того, что известно о группе NCLDV, получено из вирусов, которые культивировались совместно с амебой или с их хозяевами, хотя метагеномика теперь позволяет искать и охарактеризовать некультивируемые вирусы.
Например, исследование 2018 года, проведенное командой под руководством JGI, впервые обнаружило гигантские вирусы в почве. В текущем исследовании применялся многоэтапный подход к майнингу, сборке и последующей фильтрации данных по основному капсидному белку (MCP) для идентификации вирусов NCLDV. Исследователи JGI ранее применяли этот подход для обнаружения новой группы гигантских вирусов, получивших название «клоснеувирусы»."
Ранее известные представители вирусных линий в группе NCLDV инфицируют в основном протистов и водоросли, и некоторые из них имеют геномы в диапазоне мегабаз.
Ведущий исследователь и соавтор-корреспондент Фредерик Шульц, научный сотрудник группы Войка, использовал MCP в качестве штрих-кода для отсеивания вирусных фрагментов, реконструируя 2074 генома больших и гигантских вирусов. Более 50000 копий MCP было идентифицировано в метагеномных данных, две трети из которых можно отнести к вирусным линиям, и преимущественно в образцах из морской (55%) и пресноводной (40%) среды. В результате гигантское пространство вирусных белков выросло с 123000 до более чем 900000 белков, а разнообразие вирусов в этой группе увеличилось в 10 раз по сравнению с 205 геномами, что изменило филогенетическое древо гигантских вирусов.
Метаболическое перепрограммирование – общая стратегия для больших и гигантских вирусов
Еще одним важным выводом исследования была общая стратегия, используемая как большими, так и гигантскими вирусами.
По словам Шульца, метаболическое перепрограммирование улучшает работу хозяина в определенных условиях, что затем помогает вирусу быстрее реплицироваться и производить больше потомства. Это может оказать краткосрочное и долгосрочное влияние на метаболизм хозяина в целом или на популяции хозяев, на которые влияют неблагоприятные условия окружающей среды. Прогнозирование функций 2000 новых гигантских вирусных геномов привело команду к раскрытию распространенности закодированных функций, которые могут стимулировать метаболизм хозяина, таких как гены, которые играют роль в поглощении и транспортировке различных субстратов, а также гены фотосинтеза, включая потенциальные световые протоны. насосы. «Мы видим, что это, вероятно, обычная стратегия среди больших и гигантских вирусов, основанная на прогнозируемом метаболизме, который закодирован в вирусных геномах», – сказал он. "Кажется, это встречается гораздо чаще, чем считалось ранее."
Войке отметил, что, несмотря на количество собранных в метагеном геномов (MAG), реконструированных в результате этих усилий, команда все еще не смогла связать 20000 основных капсидных белков больших и гигантских вирусов с какой-либо известной вирусной линией. «Получение полных, почти полных или частичных геномов гигантских вирусов, реконструированных по последовательностям окружающей среды, по-прежнему является сложной задачей, и даже с этим исследованием мы, вероятно, просто коснемся поверхности того, что там есть.
Помимо этих 2000 МАГ, извлеченных из 8000 метагеномов, существует еще много гигантского разнообразия вирусов, которого нам не хватает в различных экосистемах. Мы можем обнаружить намного больше MCP, чем можем извлечь MAG, и они не вписываются в геномное дерево вирусного разнообразия – пока."
«Мы ожидаем, что это изменится с появлением не только новых наборов данных метагенома, но и дополнительных одноклеточных сортировок и секвенирования вирусов вместе с их одноклеточными хозяевами», – добавил Шульц.