p Em lagos de água doce, micróbios regulam o fluxo de carbono e determinam se os corpos d'água servem como sumidouros ou fontes de carbono. Algas e cianobactérias, em particular, podem capturar e usar carbono, mas sua capacidade de fazer isso pode ser afetada por vírus. Os vírus existem entre todas as bactérias, geralmente em um excesso de 10 vezes, e são compostos de vários tamanhos, desde vírus gigantes, a vírus muito menores, conhecidos como virófagos (que vivem em vírus gigantes e usam sua maquinaria para se replicar e se espalhar). Os virófagos podem mudar a maneira como um vírus gigante interage com sua célula eucariótica hospedeira. Por exemplo, se as algas forem co-infectadas por um virófago e um vírus gigante, o virophage limita a capacidade do vírus gigante de se replicar com eficiência. Isso reduz o impacto de um vírus gigante no desvio de nutrientes, permitindo que as algas hospedeiras se multipliquem, o que pode levar a proliferações de algas mais frequentes. p Usando conjuntos de dados de metagenoma coletados ao longo de vários anos em lagos de água doce do norte, uma equipe liderada por pesquisadores da The Ohio State University e do Joint Genome Institute do Departamento de Energia dos EUA (DOE JGI), um DOE Office of Science User Facility, descobriu 25 novas sequências de virófagos. Relatado em 11 de outubro, Em 2017 Nature Communications , a identificação dessas novas sequências efetivamente dobra o número de virófagos conhecidos desde sua descoberta, há uma década.

p "Normalmente, os conjuntos de dados de metagenoma são únicos, "disse o cientista do DOE JGI e primeiro autor Simon Roux." As pessoas começaram a ver virófagos nos metagenomas, mas ninguém tinha uma longa série temporal até agora. Já esteve aqui uma vez? Sempre? Nós nunca soubemos realmente disso, mas é uma informação crítica para entender sua importância. "

p O trabalho resultou de uma proposta do Programa de Ciência da Comunidade (CSP) envolvendo lagos de água doce do norte por KT (Trina) McMahon da Universidade de Wisconsin-Madison. Amostras de comunidades microbianas no Lago Mendota e Trout Bog Lake foram coletadas regularmente ao longo de vários anos como parte do projeto de Pesquisa Ecológica de Longo Prazo dos Lagos Temperados do Norte (NTL-LTER) financiado pela National Science Foundation. Sequenciar e analisar esses metagenomas das séries temporais de 3 e 5 anos está permitindo que os pesquisadores identifiquem os membros da comunidade, determinar suas vias metabólicas, e acompanhar as mudanças nas comunidades ao longo de vários anos.

p Além de olhar para as comunidades microbianas, McMahon e Rex Malmstrom, chefe do grupo DOE JGI Micro-Scale Applications, perguntou ao colaborador Matt Sullivan da Universidade Estadual de Ohio se ele estaria interessado em usar os mesmos conjuntos de dados metagenômicos para examinar a ecologia viral dos lagos. Roux começou a minerar os conjuntos de dados enquanto ainda era um pós-doutorado no laboratório Sullivan. "Eu sabia que havia muitos vírus nos dados de sequência, mas não que alguns dos vírus fossem eles próprios hospedeiros de outros vírus, "disse Malmstrom." Com dados de séries temporais, poderíamos fazer mais do que montar o genoma e construir árvores filogenéticas, os dados nos permitiram examinar a variação genética dentro das populações e procurar padrões de co-ocorrência e abundância entre virófagos e seus hospedeiros de vírus gigantes. Com tantos pontos no tempo no conjunto de dados, você pode encontrar conexões fortes. "

p Trina McMahon, cujos conjuntos de dados CSP foram a base deste trabalho, diz que ter as informações da ecologia viral ajuda a formar uma imagem mais completa do ecossistema. "Estamos entusiasmados por ter mais uma peça do quebra-cabeça. Os vírus estão claramente desempenhando um papel importante na formação da composição da comunidade e, portanto, no funcionamento, de todo o ecossistema do lago. Meu próprio laboratório não tem experiência para combater vírus sozinho, portanto, a colaboração com Simon e Matt Sullivan é tão importante. Nosso objetivo de longo prazo é aprender o suficiente sobre as forças que controlam a dinâmica e a montagem da comunidade, bem como as características ecológicas de cada linhagem, in order to create more predictive models about how freshwater lakes will respond to climate and land-use change, at an ecosystem scale."

p Aside from doubling the number of virophages in public databases, the time series allowed Roux and his colleagues to see the viruses' ecological profiles - if factors such as the seasons or abundance of particular microbes influenced their own presence. Through co-occurrence analysis, the researchers associated the virophages with sequences of known lineages of giant viruses, and proposed the existence of 3 new groups of candidate giant viruses infected by virophages. These co-occurrence analyses also allowed them to find putative associations between the giant virus sequences and specific eukaryotic hosts.

p "These findings are correlation-based, " noted Roux, "but it's a good example of a metagenomics use case. Metagenomes helped us not only discover new viral diversity and determine what it should do in the ecosystem, but it helps us design hypothesis and follow-up experiments about virus-host interactions so we're not just throwing out a wide net blindly."