Ученые нашли в океане 128 вирусов, борющихся с изменением климата. Они научились этому, «украв» геном у бактерий

Ученые нашли тысячи вирусов, которые обитают в океанической воде. Эти вирусы могут бороться с изменением климата, улавливая углекислый газ или предотвращая утечки метана из оттаивающих арктических льдов.

Объединив данные геномного секвенирования с анализом ИИ, исследователи идентифицировали вирусы, обитающие в океане, и оценили их геномы, чтобы обнаружить, что они «крадут» гены у других микробов или клеток, которые перерабатывают углерод в море. Картирование генов микробного метаболизма, в том числе генов подводного метаболизма углерода, выявило 340 известных метаболических «путей» во всем Мировом океане. Из них 128 были также обнаружены в геномах океанических вирусов.

«Я был шокирован тем, что это число было таким большим», — сказал Мэтью Салливан, профессор микробиологии и директор Центра науки о микробиоме в Университете штата Огайо. Изучив этот огромный массив данных с помощью достижений в области вычислений, команда выявила, какие вирусы играют роль в углеродном метаболизме, и использует эту информацию в недавно разработанных моделях метаболизма сообщества, чтобы помочь предсказать, как использовать вирусы для изменения микробиома океана в сторону улучшения содержания углерода.

«Моделирование посвящено тому, как вирусы могут усиливать или снижать микробную активность в системе, — сказал Салливан. Моделирование метаболизма сообщества дает мне представление о мечтах: какие вирусы нацелены на наиболее значимые метаболические пути, и это важно: значит, они являются хорошими рычагами, на которые можно опереться».

Салливан представил исследование на ежегодном собрании Американской ассоциации содействия развитию науки в Денвере. Он был координатором по вирусам в Консорциуме Tara Oceans Consortium, трехлетнем глобальном исследовании воздействия изменения климата на мировые океаны. Так же он собрал 35 тыс. проб воды, содержащих множество микробов. Его лаборатория занимается фагами, вирусами, которые заражают бактерии, и их потенциалом для масштабирования в инженерных рамках, позволяющих манипулировать морскими микробами, превращая углерод в самую тяжелую органическую форму, которая опустится на дно океана.

«Океаны поглощают углерод, и это защищает нас от изменения климата. CO2 поглощается в виде газа, а его преобразование в органический углерод определяется микробами, — сказал Салливан. — Сейчас мы видим, что вирусы нацелены на наиболее важные реакции в метаболизме микробного сообщества. Это означает, что мы можем начать исследовать, какие вирусы можно использовать для преобразования углерода в нужный нам вид. Другими словами, можем ли мы укрепить этот огромный океанский буфер, чтобы он стал поглотителем углерода, и выиграть время для борьбы с изменением климата, вместо того чтобы этот углерод выбрасывался обратно в атмосферу».

В 2016 году команда Tara Oceans Consortium определила, что поглощение углерода в океане связано с присутствием вирусов. Считается, что вирусы помогают поглощать углерод, когда инфицированные вирусом клетки, перерабатывающие углерод, группируются в более крупные липкие агрегаты, которые падают на дно океана. Исследователи разработали аналитику на основе ИИ, позволяющую идентифицировать из тысяч вирусов те немногие, что являются «VIP-вирусами», для культивирования в лаборатории и работы с ними в качестве модельных систем для геоинженерии океана.

Это новое метаболическое моделирование сообщества, разработанное профессором Дэмиеном Эвейяром из Консорциума океанов Тары, помогает им понять, какие непредвиденные последствия могут быть в результате такого подхода. Он также сообщил о первых попытках использовать фаги в качестве инструментов геоинженерии в совершенно другой экосистеме: вечной мерзлоте на севере Швеции, где микробы одновременно меняют климат и реагируют на изменение климата по мере оттаивания мерзлой почвы.

Благодаря методам метагеномики и новым способам стерилизации образцов ледяного керна исследователи смогли лучше понять, что именно скрывается в древних ледниках. В ходе исследования команде ученых удалось идентифицировать десятки уникальных вирусов возрастом 15 тыс. лет из ледяной шапки Гулия на Тибетском нагорье и получить представление об их функциях.