Um mergulho profundo nas 5.500 espécies de vírus de RNA marinho que os cientistas identificaram recentemente descobriu que várias podem ajudar a direcionar o carbono absorvido da atmosfera para armazenamento permanente no fundo do oceano.
A análise também sugere que uma pequena parte dessas espécies recém-identificadas teve genes "roubados" de organismos que infectaram, ajudando os pesquisadores a identificar seus supostos hospedeiros e funções nos processos marinhos.

Além de mapear uma fonte de dados ecológicos fundamentais, a pesquisa está levando a uma compreensão mais completa do papel descomunal que essas minúsculas partículas desempenham no ecossistema oceânico.

"As descobertas são importantes para o desenvolvimento do modelo e para prever o que está acontecendo com o carbono na direção correta e na magnitude correta", disse Ahmed Zayed, pesquisador em microbiologia da Universidade Estadual de Ohio e co-autor do estudo.

A questão da magnitude é uma consideração séria quando se leva em conta a vastidão do oceano.

O autor principal, Matthew Sullivan, professor de microbiologia na Ohio State, prevê a identificação de vírus que, quando projetados em grande escala, podem funcionar como "botões" controláveis ​​em uma bomba biológica que afeta a forma como o carbono no oceano é armazenado.

"À medida que os humanos colocam mais carbono na atmosfera, dependemos da enorme capacidade de tamponamento do oceano para retardar as mudanças climáticas. Estamos cada vez mais conscientes de que podemos precisar ajustar a bomba na escala do oceano, ", disse Sulivan.

"Estaríamos interessados ​​em vírus que pudessem se sintonizar com um carbono mais digerível, o que permite que o sistema cresça, produza células cada vez maiores e afunde. E se afundar, ganhamos mais algumas centenas ou mil anos do pior efeitos das mudanças climáticas.

“Acho que a sociedade está basicamente contando com esse tipo de solução tecnológica, mas é um problema científico fundamental e complexo para separar”.

O estudo aparece online hoje na Science .

Esses vírus de RNA foram detectados em amostras de plâncton coletadas pelo Tara Oceans Consortium, um estudo global em andamento a bordo da escuna Tara do impacto das alterações climáticas no oceano. O esforço internacional visa prever com segurança como o oceano responderá às mudanças climáticas, familiarizando-se com os misteriosos organismos que vivem lá e fazem a maior parte do trabalho de absorver metade do carbono gerado pelo homem na atmosfera e produzir metade do oxigênio que respiramos. .

Embora essas espécies virais marinhas não representem uma ameaça à saúde humana, elas se comportam como todos os vírus, cada um infectando outro organismo e usando sua maquinaria celular para fazer cópias de si mesmo. Embora o resultado sempre possa ser considerado ruim para o hospedeiro, as atividades de um vírus podem gerar benefícios para o meio ambiente – por exemplo, ajudando a dissipar uma proliferação de algas nocivas.

O truque para definir onde eles se encaixam no ecossistema foi desenvolver técnicas computacionais que podem obter informações sobre as funções e hospedeiros virais do RNA a partir de fragmentos de genomas que são, pelos padrões genômicos, pequenos para começar.

"Deixamos os dados serem nosso guia", disse o co-primeiro autor Guillermo Dominguez-Huerta, ex-pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Sullivan.

A análise estatística de 44.000 sequências revelou padrões estruturais da comunidade de vírus que a equipe usou para atribuir comunidades de vírus de RNA em quatro zonas ecológicas:Ártico, Antártico, Temperado e Tropical Epipelágico (mais próximo da superfície, onde ocorre a fotossíntese) e Temperado e Tropical Mesopelágico (200- 1.000 metros de profundidade). Essas zonas coincidem com as atribuições de zonas para as quase 200.000 espécies de vírus de DNA marinho que os pesquisadores haviam identificado anteriormente.

Houve algumas surpresas. Enquanto a biodiversidade tende a se ampliar em regiões mais quentes perto do equador e cair perto dos pólos mais frios, Zayed disse que uma análise de interação ecológica baseada em rede mostrou que a diversidade de espécies virais de RNA foi maior do que o esperado no Ártico e na Antártida.

“Quando se trata de diversidade, os vírus não se importam com a temperatura”, disse ele. "Houve interações mais aparentes entre vírus e vida celular em áreas polares. Isso nos diz que a alta diversidade que estamos observando em áreas polares é basicamente porque temos mais espécies virais competindo pelo mesmo hospedeiro. Vemos menos espécies de hospedeiros, mas mais espécies virais infectando os mesmos hospedeiros."

A equipe usou várias abordagens metodológicas para identificar prováveis ​​hospedeiros, primeiro inferindo o hospedeiro com base na classificação dos vírus no contexto do plâncton marinho e depois fazendo previsões com base em como as quantidades de vírus e hospedeiros "covariam" porque suas abundâncias dependem de uns aos outros. A terceira estratégia consistiu em encontrar evidências de integração de vírus de RNA em genomas celulares.

"Os vírus que estamos estudando não se inserem no genoma do hospedeiro, mas muitos se integram ao genoma por acidente. Quando isso acontece, é uma pista sobre o hospedeiro, porque se você encontrar um sinal de vírus dentro do genoma do hospedeiro, é porque em algum momento o vírus estava dentro da célula", disse Dominguez-Huerta.

Enquanto a maioria dos vírus dsDNA infectam bactérias e archaea, que são abundantes no oceano, esta nova análise descobriu que os vírus de RNA infectam principalmente fungos e eucariotos microbianos e, em menor grau, invertebrados. Apenas uma pequena fração dos vírus RNA marinhos infectam bactérias.

A análise também rendeu a descoberta inesperada de 72 genes metabólicos auxiliares (AMGs) funcionalmente diferentes discerníveis espalhados entre 95 vírus de RNA, que forneceram algumas das melhores pistas sobre que tipos de organismos esses vírus infectam e quais processos metabólicos eles estão tentando reprogramar. para maximizar a "fabricação" de vírus no oceano.

Análises adicionais baseadas em rede identificaram 1.243 espécies de vírus de RNA conectadas à exportação de carbono e, muito conservadoramente, 11 estavam envolvidas na promoção da exportação de carbono para o fundo do mar. Destes, dois vírus ligados a hospedeiros da família das algas foram selecionados como os alvos mais promissores para acompanhamento.

“A modelagem está chegando ao ponto em que podemos pegar sacos de genes dessas pesquisas genômicas em larga escala e pintar mapas metabólicos”, disse Sullivan, também professor de engenharia civil, ambiental e geodésica e diretor fundador do Centro de Ciência do Microbioma do Estado de Ohio. .

"Estou imaginando nosso uso de AMGs e esses vírus que devem infectar hospedeiros específicos para realmente discar esses mapas metabólicos em direção ao carbono de que precisamos. É através dessa atividade metabólica que provavelmente precisamos agir".

Sullivan, Dominguez-Huerta e Zayed também são membros da equipe do EMERGE Biology Integration Institute na Ohio State.