Гигантские вирусы играют роль в выживании одноклеточных морских организмов, называемых протистами. К ним относятся водоросли, амёбы и жгутиковые, которые образуют основу пищевых сетей океана. Поскольку эти протисты составляют важную часть пищевой цепи, крупные ДНК-вирусы часто становятся причиной различных угроз для здоровья человека, включая вредоносные цветения водорослей.
Новое исследование учёных из Школы морских, атмосферных и земных наук Розенштиля может помочь разобраться в многообразии вирусов, присутствующих в наших водных путях и океанах. Полученные знания могут помочь местным лидерам лучше подготовиться к тому, когда вредоносное цветение водорослей может повлиять на их побережье, или если какие-либо другие вирусы присутствуют в местных бухтах, реках или озёрах.
Использование высокопроизводительных вычислительных методов
Исследователи выявили 230 новых гигантских вирусов в общедоступных наборах данных о морских метагеномах и охарактеризовали их функции.
Исследование опубликовано в журнале Nature npj Viruses. Среди его результатов — обнаружение новых геномов гигантских вирусов, ранее неизвестных в литературе. В этих геномах охарактеризовано 530 новых функциональных белков, включая девять белков, участвующих в фотосинтезе. Это указывает на то, что эти вирусы могут манипулировать своим хозяином и процессом фотосинтеза во время инфекции.
«Понимая разнообразие и роль гигантских вирусов в океане и то, как они взаимодействуют с водорослями и другими морскими микробами, мы можем прогнозировать и, возможно, управлять вредоносными цветениями водорослей, которые представляют опасность для здоровья человека во Флориде и во всём мире», — сказал Мохаммад Монируззаман, соавтор исследования и доцент кафедры морской биологии и экологии.
Ограничения в прошлом
До недавнего времени гигантские вирусы в значительной степени оставались незамеченными из-за ограничений в биоинформатических методах. Исследователи создали инновационный инструмент под названием BEREN (Bioinformatic tool for Eukaryotic virus Recovery from Environmental metageNomes), предназначенный для выявления геномов гигантских вирусов в обширных общедоступных наборах данных о секвенировании ДНК.
«Мы обнаружили, что гигантские вирусы обладают генами, участвующими в клеточных функциях, таких как углеродный обмен и фотосинтез, которые традиционно встречаются только у клеточных организмов», — сказал Бенджамин Минч, ведущий автор исследования и докторант кафедры морской биологии и экологии в Школе Розенштиля. «Это говорит о том, что гигантские вирусы играют значительную роль в манипулировании метаболизмом своего хозяина во время инфекции и влиянии на морскую биогеochemisty».
Инструменты и методы
Авторы использовали суперкомпьютер Университета Майами «Пегас» в Институте данных и вычислений Фроста для обработки и сборки больших метагеномов, что позволило реконструировать сотни библиотек микробных сообществ.
«Это исследование позволило нам создать основу для улучшения существующих инструментов обнаружения новых вирусов, которые могут помочь нам отслеживать загрязнение и патогены в наших водных путях», — добавил Минч.
Исследовательская группа загрузила данные о секвенировании ДНК из девяти крупных глобальных проектов по отбору проб океана от полюса до полюса. Используя BEREN, они восстановили геномы гигантских вирусов из этих данных. Затем геномы были аннотированы с использованием общедоступных баз данных о функциях генов для характеристики функций, кодируемых этими вирусами. Эти геномы были сопоставлены со всеми доступными на данный момент представителями гигантских вирусов для выявления новых функций.
Программа BEREN, используемая для облегчения этого исследования, заполняет пробел в области исследований, предоставляя простой в использовании универсальный инструмент для идентификации и классификации гигантских вирусов в наборах данных о секвенировании. BEREN доступен для использования и может быть загружен по адресу: [gitlab.com/benminch1/BEREN](https://gitlab.com/benminch1/BEREN).
Исследование под названием «Расширение геномного и функционального разнообразия гигантских вирусов в мировом океане» опубликовано 21 апреля 2025 года в журнале Nature npj Viruses. Авторы — Бенджамин Минч и Мохаммад Монируззаман из Школы морских, атмосферных и земных наук Университета Майами.
Предоставлено Школой морских, атмосферных и земных наук Розенштиля