Na Uniwersytecie w Innsbrucku naukowcy odkryli ponad 30 000 wirusów za pomocą wydajnego klastra komputerowego „Leo” i zaawansowanej pracy detektywistycznej. Wirusy ukrywają się w DNA organizmów jednokomórkowych. W niektórych przypadkach do 10% DNA drobnoustrojów składa się z wbudowanych wirusów.
Podczas szeroko zakrojonych badań nad złożonymi jednokomórkowymi drobnoustrojami dr Christopher Bellas, Marie-Sophie Plakolb i prof. Ruben Sommaruga z Wydziału Ekologii Uniwersytetu w Innsbrucku dokonali nieoczekiwanego odkrycia. Wbudowane w genom drobnoustrojów znaleźli DNA ponad 30 000 nieznanych wcześniej wirusów. Ten „ukryty” DNA może umożliwić replikację kompletnych i funkcjonalnych wirusów w komórce gospodarza.
„Byliśmy bardzo zaskoczeni liczbą wirusów, które znaleźliśmy podczas tej analizy” – mówi Bellas. „W niektórych przypadkach okazało się, że do 10% DNA drobnoustroju składa się z ukrytych wirusów”. Wirusy te nie wydają się szkodzić swoim gospodarzom. Wręcz przeciwnie, niektórzy mogą nawet je chronić. Wiele z nich wydaje się być podobnych do tak zwanych wirofagów. Wirusy te infekują i niszczą inne, szkodliwe wirusy, które infekują ich komórki gospodarza.
Badanie, finansowane przez Austriacki Fundusz Naukowy (FWF), zostało opublikowane w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) i zostało przeprowadzone we współpracy z naukowcami z Instytutu Badań Medycznych Maxa Plancka i Uniwersytetu w Groningen.
Wirusy jako obrońcy
Od bakterii po ludzi, wszystkie formy życia są nieustannie zarażane wirusami. Niektóre są stale obecne, ale tylko sporadycznie wywołują objawy, takie jak wirus opryszczki u ludzi. Inne chowają się jeszcze głębiej, stając się częścią DNA gospodarza. Badanie to wykazało, że wiele jednokomórkowych (złożonych) organizmów eukariotycznych występujących na Ziemi jest wypełnionych wirusami. Organizmy te występują wszędzie i obejmują liczne glony w jeziorach i oceanach, ameby w glebie, a także ludzkie pasożyty.
„Dlaczego tak wiele wirusów znajduje się w genomach drobnoustrojów, nie jest jeszcze jasne” – mówi Bellas. „Naszą najsilniejszą hipotezą jest to, że chronią komórkę przed infekcją niebezpiecznymi wirusami”. Wiele jednokomórkowych organizmów eukariotycznych jest zarażonych przez „gigantyczne wirusy”, grupę wirusów, które mogą być tak duże jak bakterie. Infekcje te zabijają gospodarza, tworząc nowe kopie gigantycznego wirusa. Kiedy jednak wirusofag przebywa w komórce gospodarza, „przeprogramowuje” gigantycznego wirusa, aby budował wirofagi. W rezultacie gigantycznego wirusa można czasami odeprzeć, a populację komórek gospodarza uratować przed zniszczeniem.
DNA nowo odkrytych wirusów jest podobne do DNA wirofaga. Dlatego jest prawdopodobne, że drobnoustroje gospodarza chronią się przed gigantycznymi wirusami za pośrednictwem tych wbudowanych wirusów.
DNA z alpejskiego jeziora
Projekt badawczy pierwotnie opierał się na nowej grupie wirusów, które Bellas i Sommaruga odkryli w wodzie Gossenköllesee w Tyrolu w Austrii w 2021 r. w naszym badaniu” — wyjaśnia Bellas. „Jednak nie wiedzieliśmy, które organizmy są zwykle zakażone tymi wirusami. Dlatego przeprowadziliśmy szeroko zakrojone badania, aby przetestować wszystkie drobnoustroje, których sekwencje DNA są znane”.
Ogromny zbiór danych, który zbadali naukowcy, zawiera jedynie sekwencje DNA, czyli sekwencję liter ATGC, z których zakodowane są wszystkie geny. Mimo to zbiór danych liczy kilkaset gigabajtów.
Sekwencje wirusów, w porównaniu z nimi maleńkie, można było znaleźć tylko w tak dużej ilości danych dzięki najnowocześniejszej technologii. Dzięki wysokowydajnemu klastrowi komputerowemu „Leo” Uniwersytetu w Innsbrucku zbiór danych można było szybko przeanalizować. Za pomocą nowej technologii Oxford Nanopore odczytano również sekwencje DNA drobnoustrojów. Dzięki tej technologii DNA przechodzi przez maleńkie pory w membranie. Każda zasada — A, G, C lub T — przerywa przepływ prądu elektrycznego iw ten sposób generuje sygnał, z którego można odczytać sekwencję DNA.
W końcu naukowcy znaleźli znacznie więcej niż wirusy, których szukali. To nieoczekiwane odkrycie zainspiruje do dalszych badań w celu zbadania roli, jaką odgrywają te wirusy.