Выловлено почти десятикратное увеличение числа секвенированных геномов вирусов

Используя специально разработанный вычислительный инструмент в качестве «приманки», ученые выловили геномные последовательности почти 12 500 ранее не охарактеризованных вирусов из общедоступных баз данных.

Это открытие удваивает число признанных родов вирусов — биологической классификации на ступень выше вида — и почти в десять раз увеличивает количество секвенированных геномов вирусов, доступных для изучения.

Исследовательская группа изучает вирусы, заражающие микробы, а именно бактерии и археи — одноклеточные микроорганизмы, схожие по размеру с бактериями, но имеющие другую эволюционную историю.

Микробы — важнейшие участники всей жизни на планете, а вирусы оказывают разнообразное влияние на функции микробов, которое в значительной степени остается непонятым, — сказал Мэтью Салливан, доцент микробиологии в Университете штата Огайо и старший автор исследования.

Салливан сотрудничает с учеными, изучающими микробы в кишечнике и легких человека, а также в природных средах, таких как почвы и океаны. Недавно он сообщил о разнообразии вирусных сообществ океана в специальном выпуске журнала Science, посвященном экспедиции Tara Oceans — глобальному исследованию влияния изменения климата на мировые океаны.

«Взаимодействия вирусов с бактериями и археями, вероятно, очень важны для динамики этих микробов, поэтому если исследователи изучают микроб в определенной среде, они упускали большую часть его динамики взаимодействий, игнорируя вирусы, — сказал Салливан. — Эта работа поможет исследователям осознать важность вирусов для многих различных микробов».

Исследование опубликовано в онлайн-журнале eLife.

Обнаружение кладезя новых последовательностей геномов вирусов также открыло двери для использования этих данных для идентификации ранее неизвестных микробных хозяев. Эти новые возможности связаны с инструментом VirSorter, разработанным ведущим автором исследования Симоном Ру, постдокторантом в лаборатории Салливана.

Сортировщик прочесал общедоступные базы данных секвенированных геномов микробов, сначала ища фрагменты геномов, похожие на уже секвенированные геномы вирусов. VirSorter также «вылавливал» последовательности, ища гены, которые, как известно, помогают производить белковую оболочку, присутствующую у всех вирусов, — капсид.

«Идея в том, что бактерии не используют и не производят капсиды, поэтому любой ген капсида должен происходить от вируса», — сказал Ру. Затем сортировщик связывал гены капсида с незнакомыми генами — теми, которые считаются новыми, маленькими или организованными иначе, — маловероятными для производства бактериями.

«Ни одна из этих геномных особенностей сама по себе не является явной уликой, но их комбинация привела к надежному обнаружению "новых" вирусов — вирусов, которых не было в базе данных, но которые можно идентифицировать, потому что у них есть гены капсида и вирусная организация», — пояснил он.

Использование геномов микробов в качестве источника данных позволило исследователям связать вновь идентифицированные вирусные последовательности с соответствующим микробным хозяином. Затем ученые попробовали обратный маневр с данными, чтобы проверить, можно ли использовать только вирусные последовательности для идентификации неизвестных хозяев. Такой анализ последовательностей позволил предсказать хозяина с точностью до 90%.

«Мы можем исследовать множество сред, чтобы найти новые вирусы, но проблема заключалась в ответе на вопрос: кого они заражают? — сказал Салливан. — Если мы можем использовать вычислительные уловки для предсказания хозяина, мы можем изучить эту связь вирус-хозяин. Это очень важная часть уравнения».

Хотя обычно считается, что вирусы захватывают любой организм, который они атакуют, лаборатория Салливана идентифицировала несколько вирусов, называемых профагами, которые сосуществуют со своими хозяевами-микробами и даже производят гены, помогающие клеткам хозяина конкурировать и выживать.

Вирусы не могут выжить без хозяина, а наиболее изученные вирусы, связанные с болезнями, по своей природе являются литическими: они проникают в клетку, создают свои копии и разрушают клетку в процессе.

Однако последовательности геномов, выявленные в этом исследовании, предполагают, что существует гораздо больше вирусов, похожих на профаги, которые отличаются в одном важном аспекте: их геном остается отделенным от генома их микробных хозяев.

«Внехромосомная форма этого типа вирусов, по-видимому, довольно широко распространена, и практически никто не изучает такие вирусы, — сказал Салливан. — Это действительно другое и в значительной степени неисследованное явление, и важно понять способность этих вирусов взаимодействовать и влиять на функции этих клеток».