Las muestras de agua de océano recolectadas en todo el mundo han arrojado un tesoro de nuevos datos sobre los virus de ARN, ampliando las posibilidades de investigación ecológica y remodelando nuestra comprensión de cómo evolucionaron estas pequeñas pero significativas partículas submicroscópicas.
Combinando análisis de aprendizaje automático con árboles evolutivos tradicionales, un equipo internacional de investigadores ha identificado 5500 nuevas especies de virus de ARN que representan los cinco filos de virus de ARN conocidos y sugiere que se necesitan al menos cinco nuevos filos de virus de ARN para capturarlos.
La colección más abundante de especies recientemente identificadas pertenece a un filo propuesto por los investigadores llamado Taraviricota, un guiño a la fuente de las 35.000 muestras de agua que permitieron el análisis: el tara Oceans Consortium, un estudio global en curso a bordo de la goleta tara del impacto del cambio climático en los océanos del mundo.
"Hay tanta diversidad nueva aquí, y todo un filo, el Taraviricota se encontraron en todos los océanos, lo que sugiere que son ecológicamente importantes", dijo el autor principal Matthew Sullivan, profesor de microbiología en la Universidad Estatal de Ohio.
"Los virus de ARN son claramente importantes en nuestro mundo, pero generalmente solo estudiamos una pequeña parte de ellos, los pocos cientos que dañan a los humanos, las plantas y los animales. Queríamos estudiarlos sistemáticamente a gran escala y explorar un entornonadie había mirado profundamente, y tuvimos suerte porque prácticamente todas las especies eran nuevas, y muchas eran realmente nuevas".
El estudio aparece en línea hoy 7 de abril de 2022 en Ciencia.
Si bien los microbios son contribuyentes esenciales para toda la vida en el planeta, los virus que los infectan o interactúan con ellos tienen una variedad de influencias en las funciones microbianas. Se cree que estos tipos de virus tienen tres funciones principales: matar células, cambiar la forma en que las células infectadas manejanenergía y transferir genes de un huésped a otro.
Saber más sobre la diversidad y abundancia de virus en los océanos del mundo ayudará a explicar el papel de los microbios marinos en la adaptación de los océanos al cambio climático, dicen los investigadores. Los océanos absorben la mitad del dióxido de carbono generado por el hombre de la atmósfera, y la investigación anterior de esteha sugerido que los virus marinos son la "perilla" de una bomba biológica que afecta la forma en que se almacena el carbono en el océano.
Al asumir el desafío de clasificar los virus de ARN, el equipo se adentró en aguas aún agitadas por los esfuerzos anteriores de categorización de taxonomía que se centraron principalmente en los patógenos virales de ARN. Dentro del reino biológicoOrthornavirae, cinco filos fueron reconocidos recientemente por el Comité Internacional de Taxonomía de Virus ICTV.
Aunque el equipo de investigación identificó cientos de nuevas especies de virus de ARN que encajan en esas divisiones existentes, su análisis identificó miles de especies más que agruparon en cinco nuevos filos propuestos: Taraviricota, Pomiviricota, Paraxenoviricota, Wamoviricota y Arctiviricota,que, como Taraviricota, presenta especies muy abundantes, al menos en aguas del Océano Ártico críticas para el clima, el área del mundo donde las condiciones de calentamiento causan más estragos.
El equipo de Sullivan ha catalogado durante mucho tiempo las especies de virus de ADN en los océanos, aumentando el número de unos pocos miles en 2015 y 2016 a 200 000 en 2019. Para esos estudios, los científicos tuvieron acceso a partículas virales para completar el análisis.
En estos esfuerzos actuales para detectar virus de ARN, no había partículas virales para estudiar. En cambio, los investigadores extrajeron secuencias de genes expresados en organismos que flotan en el mar y redujeron el análisis a secuencias de ARN que contenían un gen característico, llamado RdRp,que ha evolucionado durante miles de millones de años en virus de ARN y está ausente de otros virus o células.
Debido a que la existencia de RdRp data de cuando se detectó vida por primera vez en la Tierra, la posición de su secuencia ha divergido muchas veces, lo que significa que las relaciones tradicionales del árbol filogenético eran imposibles de describir solo con secuencias. En cambio, el equipo usó el aprendizaje automático para organizar 44,000 nuevas secuencias en unmanera que podría manejar estos miles de millones de años de divergencia de secuencias, y validó el método al mostrar que la técnica podía clasificar con precisión secuencias de virus de ARN ya identificados.
"Tuvimos que comparar lo conocido para estudiar lo desconocido", dijo Sullivan, también profesor de ingeniería civil, ambiental y geodésica, director fundador del Centro de Ciencias del Microbioma del Estado de Ohio y miembro del equipo de liderazgo en el Instituto de Integración de Biología EMERGE.
"Hemos creado una forma computacionalmente reproducible de alinear esas secuencias donde podemos estar más seguros de que estamos alineando posiciones que reflejan con precisión la evolución".
Análisis posteriores utilizando representaciones 3D de estructuras de secuencias y alineación revelaron que el grupo de 5500 nuevas especies no encajaba en los cinco filos existentes de virus de ARN categorizados en Orthornavirae reino.
"Comparamos nuestros grupos con taxones basados en la filogenia reconocidos y establecidos, y así es como descubrimos que tenemos más grupos de los que existían", dijo el coautor Ahmed Zayed, científico investigador en microbiología en el estado de Ohio ylíder de investigación en el Instituto EMERGE.
En total, los hallazgos llevaron a los investigadores a proponer no solo los cinco nuevos filos, sino también al menos 11 nuevas clases de virus de ARN de orthornaviran. El equipo está preparando una propuesta para solicitar la formalización de los filos y clases candidatos por parte del ICTV.
Zayed dijo que el alcance de los nuevos datos sobre la divergencia del gen RdRp a lo largo del tiempo conduce a una mejor comprensión de cómo pudo haber evolucionado la vida temprana en el planeta.
"Se supone que RdRp es uno de los genes más antiguos; existía antes de que hubiera necesidad de ADN", dijo. "Así que no solo estamos rastreando los orígenes de los virus, sino también los orígenes de la vida."
Esta investigación fue apoyada por la Fundación Nacional de Ciencias, la Fundación Gordon y Betty Moore, el Centro de Supercomputadoras de Ohio, el Centro de Ciencias del Microbioma del Estado de Ohio, el Instituto de Integración de Biología EMERGE, la Fundación Ramon-Areces y Laulima Government Solutions/NIAID.El trabajo también fue posible gracias al muestreo y la ciencia sin precedentes del tara Oceans Consortium, la organización sin fines de lucro Tara Ocean Foundation y sus socios.
Los coautores adicionales del artículo fueron los coautores principales James Wainaina y Guillermo Domínguez-Huerta, así como Jiarong Guo, Mohamed Mohssen, Funing Tian, Adjie Pratama, Ben Bolduc, Olivier Zablocki, Dylan Cronin y Lindsay Solden, todosdel laboratorio de Sullivan; Ralf Bundschuh, Kurt Fredrick, Laura Kubatko y Elan Shatoff de la Facultad de Artes y Ciencias del Estado de Ohio; Hans-Joachim Ruscheweyh, Guillem Salazar y Shinichi Sunagawa del Instituto de Microbiología y el Instituto Suizo de Bioinformática; Jens Kuhn del NationalInstituto de Alergias y Enfermedades Infecciosas; Alexander Culley de la Université Laval; Erwan Delage y Samuel Chaffron de la Université de Nantes; y Eric Pelletier, Adriana Alberti, Jean-Marc Aury, Quentin Carradec, Corinne da Silva, Karine Labadie, Julie Poulain yPatrick Wincker de Genoscopio.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Ohio. Original escrito por Emily Caldwell. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
referencia de diario:
Citar esta página:
Visita Nuevo científico for more global science stories >>>