Dunkelblaue Meeresoberfläche unter Wasser gesehen. katatonia82/iStock
Eine Analyse des genetischen Materials im Ozean hat Tausende von zuvor unbekannten RNA-Viren identifiziert und die Anzahl der Virenstämme oder biologischen Gruppen, von denen angenommen wird, dass sie existieren, verdoppelt, so eine neue Studie, die unser Forscherteam in veröffentlicht hatTagebuch Wissenschaft.
RNA-Viren sind am besten bekannt für die Krankheiten sie verursachen bei Menschen, von der Erkältung bis zu COVID-19. Sie infizieren auch Pflanzen und Tiere wichtig für Menschen.
Diese Viren tragen ihre genetische Information in RNA und nicht in DNA. RNA-Viren sich viel schneller entwickeln als DNA-Viren tun. Während Wissenschaftler katalogisiert habenHunderttausende von DNA-VirenIn ihren natürlichen Ökosystemen sind RNA-Viren relativ unerforscht.
Im Gegensatz zu Menschen und anderen Organismen, die aus Zellen bestehen, fehlen Viren jedoch einzigartige kurze DNA-Abschnitte, die als das fungieren könnten, was Forscher als a bezeichnengenetischer Barcode. Ohne diesen Strichcode kann der Versuch, verschiedene Virusarten in freier Wildbahn zu unterscheiden, schwierig sein.
Um diese Einschränkung zu umgehen, haben wir uns entschieden, das Gen zu identifizieren, das für a codiertbestimmtes Protein, das es einem Virus ermöglicht, sein genetisches Material zu replizieren. Es ist das einzige Protein, das alle RNA-Viren gemeinsam haben, da es eine wesentliche Rolle bei der Fortpflanzung spielt. Jedes RNA-Virus weist jedoch kleine Unterschiede in dem Gen auf, das für die kodiertProtein, das helfen kann, einen Virustyp von einem anderen zu unterscheiden.
Also haben wir eine globale Datenbank mit RNA-Sequenzen aus Plankton gescreent, die während der vier Jahre gesammelt wurden Tara Oceans-Expeditionen globales Forschungsprojekt. Planktons sind alle Wasserorganismen, die zu klein sind, um gegen den Strom zu schwimmen. Sie sind ein wichtiger Bestandteil der Nahrungsnetze der Ozeane und häufige Wirte für RNA-Viren. Unser Screening identifizierte schließlich über 44.000 Gene, die für dieVirusprotein.
Unsere nächste Herausforderung bestand dann darin, die evolutionären Verbindungen zwischen diesen Genen zu bestimmen. Je ähnlicher die beiden Gene waren, desto wahrscheinlicher waren Viren mit diesen Genen eng verwandt. Da sich diese Sequenzen vor so langer Zeit möglicherweise entwickelt hatten vor der ersten Zelle, die genetischen Wegweiser, die anzeigen, wo sich neue Viren möglicherweise von einem gemeinsamen Vorfahren abgespalten haben, waren im Laufe der Zeit verloren gegangen.Eine Form der künstlichen Intelligenz namens maschinelles Lernen ermöglichte es uns jedoch, diese Sequenzen 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 Zahl der bekannten RNA-Virusstämme von fünf auf 10 verdoppelt. Die geografische Kartierung dieser neuen Sequenzen ergab, dass zwei der neuen Stämme in weiten Ozeanregionen besonders häufig vorkamen, mit regionalen Vorliebenentweder gemäßigte oder tropische Gewässer die Taraviricota, benannt nach den Expeditionen der Tara Oceans oder dem Arktischen Ozean der Arctiviricota.
Wir glauben das Taraviricota könnte das fehlende Glied in der Evolution von RNA-Viren sein, nach dem Forscher lange gesucht haben und das zwei verschiedene bekannte Zweige von RNA-Viren verbindet, die sich in ihrer Replikation unterscheiden.
Warum es wichtig ist
Diese neuen Sequenzen helfen Wissenschaftlern, nicht nur die Evolutionsgeschichte von RNA-Viren besser zu verstehen, sondern auch die Evolution des frühen Lebens auf der Erde.
Wie die COVID-19-Pandemie gezeigt hat, können RNA-Viren tödliche Krankheiten verursachen. Aber auch RNA-Viren spielen eine Rolle.lebenswichtige Rolle in Ökosystemen weil sie eine Vielzahl von Organismen infizieren können, einschließlich Mikroben die Umwelt und Nahrungsnetze auf chemischer Ebene beeinflussen.
Die Kartierung, wo auf der Welt diese RNA-Viren leben, kann helfen zu klären, wie sie die Organismen beeinflussen, die viele der ökologischen Prozesse antreiben, die unseren Planeten regieren. Unsere Studie bietet auch verbesserte Werkzeuge, die Forschern helfen können, neue Viren zu katalogisieren, wenn genetische Datenbanken wachsen.
Was noch nicht bekannt ist
Obwohl so viele neue RNA-Viren identifiziert wurden, bleibt es schwierig, genau zu bestimmen, welche Organismen sie infizieren. Forscher sind derzeit ebenfalls beschränkt auf hauptsächlich Fragmente von unvollständigen RNA-Virusgenomen, teilweise aufgrund ihrer genetischen Komplexität und technologischen Einschränkungen.
Unser nächster Schritt wäre, herauszufinden, welche Arten von Genen möglicherweise fehlen und wie sie sich im Laufe der Zeit verändert haben. Die Aufdeckung dieser Gene könnte Wissenschaftlern helfen, die Funktionsweise dieser Viren besser zu verstehen.
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