Tyrimas atskleidžia, kad užsikrėtę mikroorganizmai turi naujų metaną generuojančių genų.

Neseniai atliktas tyrimas atskleidė, kad virusai, užkrečiantys mikrobus, prisideda prie klimato kaitos, atlikdami pagrindinį vaidmenį metaną, galingas šiltnamio efektą sukeliančias dujas, pernešant per aplinką.

Išanalizavus beveik 1000 metagenomikos grupių DNR Remdamiesi duomenimis iš 15 skirtingų buveinių, nuo skirtingų ežerų iki karvės skrandžio vidaus, mokslininkai nustatė, kad mikrobiniai virusai turi specialių genetinių elementų, kurie kontroliuoja metano procesus, vadinamus priediniais metaboliniais genais (AMG). Priklausomai nuo to, kur gyvena organizmai, šių genų skaičius gali skirtis, o tai rodo, kad galimas virusų poveikis aplinkai taip pat skiriasi priklausomai nuo jų buveinės.

Šis atradimas yra gyvybiškai svarbus norint geriau suprasti, kaip metanas sąveikauja ir juda skirtingose ​​ekosistemose, sakė Zhipingas Zhongas, tyrimo pagrindinis autorius ir Ohajo valstijos universiteto Byrdo poliarinio ir klimato tyrimų centro mokslinis bendradarbis.

„Svarbu suprasti, kaip mikroorganizmai skatina metano procesus”, – sakė Zhongas, kuris taip pat yra mikrobiologas, kurio tyrimai tiria, kaip mikrobai vystosi įvairiose aplinkose. „Mikrobų indėlis į metano metabolizmą buvo tiriamas dešimtmečius, tačiau virusų srities tyrimai iš esmės nėra ištirti ir mes norime sužinoti daugiau.

Tyrimas buvo paskelbtas žurnale Gamtos komunikacijos.

Virusų vaidmuo šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisijoje

Virusai padėjo valdyti visus ekologinius, biogeocheminius ir evoliucinius procesus Žemėje, tačiau mokslininkai tik palyginti neseniai pradėjo tyrinėti jų sąsajas su klimato kaita. Pavyzdžiui, metanas yra antras pagal dydį šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimo variklis po anglies dioksido, tačiau jį daugiausia gamina vienaląsčiai organizmai, vadinami archėjomis.

„Virusai yra gausiausias biologinis subjektas Žemėje”, – sakė Matthew Sullivan, tyrimo bendraautorius ir Ohajo valstijos mikrobiomų mokslų centro mikrobiologijos profesorius. „Čia mes išplečiame tai, ką žinome apie jų poveikį, įtraukdami metano ciklo genus į ilgą genų sąrašą virusas– Užkoduoti metaboliniai genai. Mūsų komanda siekė atsakyti, kiek „mikrobų metabolizmo“ virusai iš tikrųjų manipuliuoja infekcijos metu.

Nors dabar gerai žinomas gyvybiškai svarbus mikrobų vaidmuo spartinant visuotinį atšilimą, mažai žinoma, kaip su metano metabolizmu susiję genai, užkoduoti šiuos mikrobus užkrečiančių virusų, veikia metano gamybą, sakė Zhongas. Šios paslapties išsprendimas paskatino Zhongą ir jo kolegas praleisti beveik dešimtmetį rinkdami ir analizuodami mikrobų ir virusų DNR mėginius iš unikalių mikrobų rezervuarų.

Viena iš svarbiausių vietų, kurias komanda pasirinko studijoms, yra Vranos ežeras, kuris yra Kroatijos gamtos rezervato dalis. Ežero nuosėdose, kuriose gausu metano, tyrėjai aptiko daugybę mikrobų genų, turinčių įtakos metano gamybai ir oksidacijai. Be to, jie ištyrė įvairias virusų bendruomenes ir atrado 13 tipų AMG, kurie padeda reguliuoti jų šeimininko metabolizmą. Tačiau nėra įrodymų, kad šie virusai tiesiogiai koduoja metano metabolizmo genus, o tai rodo, kad galimas virusų poveikis metano ciklui skiriasi priklausomai nuo jų buveinės, sakė Zhongas.

Poveikis gyvuliams ir aplinkai

Apskritai tyrimas atskleidė, kad didesnis metano metabolizmo AMG skaičius yra labiau tikėtinas su šeimininku susijusioje aplinkoje, pavyzdžiui, karvės skrandžio viduje, o mažiau šių genų randama aplinkos buveinėse, pavyzdžiui, ežerų nuosėdose. Kadangi karvės ir kiti gyvuliai taip pat yra atsakingi už maždaug 40% pasaulio metano emisijų, jų darbas rodo, kad sudėtingas ryšys tarp virusų, organizmų ir visos aplinkos gali būti labiau susijęs, nei manė mokslininkai anksčiau.

„Šios išvados rodo, kad pasaulinis virusų poveikis yra nepakankamai įvertintas ir nusipelno daugiau dėmesio”, – sakė Zhongas.

Nors neaišku, ar žmogaus veikla turėjo įtakos šių virusų evoliucijai, komanda tikisi, kad naujos šio darbo įžvalgos padidins informuotumą apie infekcinių agentų, apgyvendinančių visą gyvybę Žemėje, galią. Tačiau norint ir toliau sužinoti daugiau apie vidinius šių virusų mechanizmus, reikės atlikti daugiau eksperimentų, kad būtų galima geriau suprasti jų indėlį į metano ciklą Žemėje, sakė Zhongas, ypač kai mokslininkai ieško būdų, kaip sumažinti mikrobų sukeltą metano emisiją.

„Šis darbas yra pradinis žingsnis siekiant suprasti virusinį klimato kaitos poveikį”, – sakė jis. – Dar turime daug ko išmokti.

Nuoroda: „Viruso potencialas moduliuoti mikrobų metano apykaitą skiriasi priklausomai nuo buveinės“ Zhi-Ping Zhong, Jingjie Du, Stephan Köstlbacher, Petra Pjevac, Sandi Orlić ir Matthew B. Sullivan, 2024 m. vasario 29 d. Gamtos komunikacijos.
doi: 10.1038/s41467-024-46109-x

Šį darbą rėmė Nacionalinis mokslo fondas, Kroatijos mokslo fondas, Gordono ir Betty Moore fondas, Hysing-Simons fondas, Europos Sąjunga ir JAV Energetikos departamentas. Tarp bendraautorių yra Jinji Du iš Ohajo valstijos, Stefanas Kostelbakeris ir Petra Bejevac iš Vienos universiteto bei Sandy Orlich iš Ruderio Boškovitch instituto.