Вирусы, помогающие "усилить" захват углерода в океане
Ученые, имея каталог из сотен тысяч видов ДНК- и РНК-вирусов мирового океана, сосредотачиваются на вирусах, которые могут помочь в борьбе с изменением климата, способствуя улавливанию CO2 в морской воде. Аналогичные методы исследуются для вирусов, которые могут предотвратить выброс метана из тающей арктической вечной мерзлоты.
Комбинируя данные геномного секвенирования с анализом на основе искусственного интеллекта, исследователи выявили, что морские вирусы "заимствуют" гены у других микробов, обрабатывающих углерод. Картирование метаболических генов, включая гены подводного углеродного метаболизма, выявило 340 известных метаболических путей в глобальном океане. Из них 128 путей также были обнаружены в геномах океанических вирусов.
"Я был шокирован, что число настолько велико", — сказал Мэтью Салливан, профессор микробиологии из Университета Огайо.
Используя эти данные, команда применяет новое комьюнити-метаболическое моделирование, чтобы предсказать, как можно использовать вирусы для "настройки" океанического микробиома для улучшения захвата углерода.
"Моделирование показывает, как вирусы могут "усиливать" или "ослаблять" микробную активность в системе. Оно указывает, какие вирусы нацелены на наиболее важные метаболические пути, а значит, являются эффективными "рычагами" воздействия", — пояснил Салливан на ежегодном собрании AAAS в Денвере.
Исследования основаны на данных консорциума Tara Oceans, глобального исследования, которое в 2016 году установило связь между поглощением углерода в океане и присутствием вирусов. Считается, что вирусы помогают "утопить" углерод, когда зараженные ими клетки образуют крупные липкие агрегаты, которые опускаются на дно.
Лаборатория Салливана фокусируется на фагах (вирусах бактерий) и их потенциале для управления морскими микробами с целью преобразования углерода в тяжелую органическую форму.
"Океаны поглощают углерод, что смягчает изменение климата. Преобразование CO2 в органический углерод диктуется микробами. Мы видим, что вирусы нацелены на ключевые реакции в этом процессе. Можем ли мы усилить этот массивный океанический буфер, чтобы он стал поглотителем углерода?" — задается вопросом Салливан.
Параллельно ведутся ранние работы по применению фагов в качестве инструментов геоинженерии в другой экосистеме — вечной мерзлоте на севере Швеции, где микробы производят метан при таянии почвы. Исследования в рамках института EMERGE Biology Integration Institute направлены на лучшее понимание реакции микробиомов на таяние вечной мерзлоты.
Полученные знания также применяются для инженерии микробиомов в медицине: для восстановления после травм спинного мозга, улучшения исходов для младенцев, рожденных от матерей с ВИЧ, и борьбы с инфекциями в ожоговых ранах.