Oltre 5.000 virus precedentemente sconosciuti sono stati scoperti in agguato negli oceani

Un’analisi del materiale genetico nell’oceano ha identificato migliaia di virus a RNA precedentemente sconosciuti e ha raddoppiato il numero di phyla, o gruppi biologici, di virus che si pensava esistessero, secondo un nuovo studio che il nostro team di ricercatori ha pubblicato sulla rivista Scienza.

I virus a RNA sono meglio conosciuti per le malattie che causano nelle persone, che vanno dal comune raffreddore al COVID-19. Infettano anche piante e animali importanti per le persone.

Questi virus trasportano le loro informazioni genetiche nell’RNA, piuttosto che nel DNA. I virus a RNA si evolvono a velocità molto più rapide rispetto ai virus a DNA. Mentre gli scienziati hanno catalogato centinaia di migliaia di virus a DNA nei loro ecosistemi naturali, i virus a RNA sono stati relativamente poco studiati.

A differenza degli esseri umani e di altri organismi composti da cellule, tuttavia, ai virus mancano brevi tratti di DNA unici che potrebbero agire come quello 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 difficile.

Per aggirare questa limitazione, abbiamo deciso di identificare il gene che codifica per una particolare proteina che consente a un virus di replicare il proprio materiale genetico. È l’unica proteina condivisa da tutti i virus a RNA, perché svolge un ruolo essenziale nel modo in cui si propagano. Ogni virus a RNA, tuttavia, presenta piccole differenze nel gene che codifica per la proteina che può aiutare a distinguere un tipo di virus da un altro.

Quindi abbiamo esaminato un database globale di sequenze di RNA dal plancton raccolte durante il progetto di ricerca globale delle spedizioni di Tara Oceans, durato quattro anni. Il plancton è qualsiasi organismo acquatico che è piccolo per nuotare contro corrente. Sono una parte vitale delle reti alimentari oceaniche e sono ospiti comuni per i virus a RNA. Il nostro screening ha infine identificato oltre 44.000 geni che codificano per la proteina virale.

La nostra sfida successiva, quindi, era determinare le connessioni evolutive tra questi geni. Più due geni erano simili, più è 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 potevano essersi separati da un antenato comune erano andati perduti nel tempo.

Una forma di intelligenza artificiale chiamata machine learning, tuttavia, ci ha permesso di organizzare sistematicamente queste sequenze e rilevare le differenze in modo più oggettivo che se il compito fosse svolto manualmente.

I cinque phyla esistenti di virus a RNA organizzati con il nuovo metodo. (Zayed et al., Scienza2022)

Abbiamo identificato un totale di 5.504 nuovi virus RNA marini e raddoppiato il numero di phyla di virus RNA conosciuti da cinque a 10.

La mappatura geografica di queste nuove sequenze ha rivelato che due dei nuovi phyla erano particolarmente abbondanti in vaste regioni oceaniche, con preferenze regionali nelle acque temperate e tropicali (il Taraviricotadal nome delle spedizioni negli oceani di Tara) o nell’Oceano Artico (il Arctiviricota).

crediamo che Taraviricota Potrebbe essere l’anello mancante nell’evoluzione dei virus a RNA che i ricercatori hanno cercato a lungo, collegando due diversi rami noti di virus a RNA che divergevano nel modo in cui si replicano.

file 20220405 19 uq5khyMappa che mostra la distribuzione dei virus a RNA attraverso l’oceano. (Zayed et al., Scienza2022)

Sopra: la dimensione del cuneo è proporzionale all’abbondanza media di virus presenti in quell’area e il colore del cuneo indica i phyla del virus.

Perchè importa

Queste nuove sequenze aiutano gli scienziati a comprendere meglio non solo la storia evolutiva dei virus a RNA, ma anche l’evoluzione dei primi anni di vita sulla Terra.

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

La mappatura di dove nel mondo vivono questi virus a RNA può aiutare a chiarire come influenzano gli organismi che guidano molti dei processi ecologici che gestiscono il nostro pianeta. Il nostro studio fornisce anche strumenti migliorati che possono aiutare i ricercatori a catalogare nuovi virus man mano che i database genetici crescono.

Cosa ancora non si sa

Nonostante l’identificazione di così tanti nuovi virus a RNA, rimane difficile individuare quali organismi infettino. I ricercatori sono inoltre attualmente limitati principalmente a frammenti di genomi virali a RNA incompleti, in parte a causa della loro complessità genetica e dei limiti tecnologici.

Il nostro prossimo passo sarebbe capire quali tipi di geni potrebbero mancare e come sono cambiati nel tempo. La scoperta di questi geni potrebbe aiutare gli scienziati a capire meglio come funzionano questi virus. La conversazione

Guillermo Dominguez Huerta, consulente scientifico in microbiologia, Ohio State University; Ahmed Zayed, ricercatore in microbiologia, The Ohio State University; James Wainaina, ricercatore post-dottorato in microbiologia, Ohio State University, e Matthew Sullivan, professore di microbiologia, Ohio State University.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con licenza Creative Commons. Leggi l’articolo originale.

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