Охота на гигантские вирусы, атакующие микроскопические водоросли
Гигантские вирусы, или "гирусы", содержат огромное количество генетического материала — до 100 раз больше, чем другие вирусы. Они практически не были известны науке до начала XXI века.
Эти вирусы в океанах заражают одноклеточные водоросли — фотосинтезирующие организмы, ответственные примерно за половину производства кислорода на Земле и глобальную фиксацию углерода. Вирусная инфекция может вызвать быстрое разрушение цветения водорослей, что существенно влияет на морские, атмосферные и наземные экосистемы. Однако о естественных хозяевах гигантских вирусов известно мало.
В исследовании, опубликованном в Nature Microbiology, учёные из Института Вейцмана использовали секвенирование РНК отдельных клеток для анализа проб, собранных во время цветения водорослей в норвежских фьордах. Это позволило с беспрецедентной детализацией картировать взаимосвязи между гигантскими вирусами и заражаемыми ими одноклеточными морскими организмами.
Ранее наиболее эффективным методом был массовый анализ всего генетического материала из проб воды. "Мы могли узнать, какие виды были многочисленны в пробе, но не идентифицировать активную инфекцию", — объясняет профессор Асаф Варди. Новый метод позволил пометить отдельные клетки и определить, какая РНК уникально появляется в конкретной клетке.
Исследователи смогли идентифицировать активные гены в клетках и, сравнив их с существующими базами данных, определить видовую принадлежность каждой клетки. Амир Фромм, ведущий автор исследования, поясняет: "Мы поняли, что, тщательно анализируя РНК, мы можем получить два вида данных: не только определить вид водоросли, но и установить, была ли она заражена гигантским вирусом и каким именно".
Поскольку базы данных по гигантским вирусам, заражающим водоросли, не существовало, учёные совместно с профессором Фрэнком Эйлуордом создали уникальную базу данных на основе РНК, извлечённой из клеток.
Из десятков тысяч исследованных клеток многие принадлежали доминирующей водоросли Emiliania huxleyi. В этот раз учёные сосредоточились на других парах вирус-хозяин, присутствовавших в пробах в крошечных количествах.
Всего они обнаружили 972 заражённые клетки, 71 из которых не принадлежала доминирующим в цветении водорослям. Было выявлено несколько ранее неизвестных комбинаций гигантский вирус-хозяин. Например, обнаружено, что вирус Imitervirales-07 заражает клетки водорослей из семейства Katablepharidaceae — связь, ранее не описанная. РНК этого вируса в клетках производит белки, напрямую влияющие на судьбу клеток, включая белки, способные вызвать запрограммированную гибель клетки на поздней стадии инфекции.
Исследователи даже нашли "уликУ": они продемонстрировали связь между появлением вируса в пробах и последующим коллапсом популяции водорослей-хозяев.
Поскольку учёным удалось успешно решить вычислительную задачу характеристики заражённых клеток по крошечным количествам РНК, они считают, что их метод можно использовать для идентификации взаимодействий водорослей с вирусами и другими патогенами в других частях мира, включая экстремальные климатические среды, такие как полюса и альпийские озера.
"Из-за процессов, связанных с изменением климата, древние патогены высвобождаются из тающих ледяных шапок на полюсах. Этот новый метод позволит нам идентифицировать эти патогены с гораздо большей лёгкостью и поможет человечеству подготовиться к экологической угрозе, которую они могут представлять", — говорит Варди.