Una inmersión profunda en las 5.500 especies de virus de ARN marino que los científicos identificaron recientemente descubrió que varias pueden ayudar a llevar el carbono absorbido de la atmósfera al almacenamiento permanente en el fondo del océano.

El análisis también sugiere que una pequeña porción de estas especies recién identificadas tenían genes "robados" de los organismos que infectaron, lo que ayudó a los investigadores a identificar sus supuestos huéspedes y funciones en los procesos marinos.

Más allá de mapear una fuente de datos ecológicos fundamentales, la investigación está conduciendo a una comprensión más completa del papel descomunal que juegan estas diminutas partículas en el ecosistema oceánico.

"Los hallazgos son importantes para el desarrollo de modelos y la predicción de lo que sucede con el carbono en la dirección correcta y en la magnitud correcta", dijo Ahmed Zayed, científico investigador en microbiología de la Universidad Estatal de Ohio y coautor principal del estudio. /P>

La cuestión de la magnitud es una consideración seria cuando se tiene en cuenta la inmensidad del océano.

El autor principal, Matthew Sullivan, profesor de microbiología en el estado de Ohio, prevé identificar virus que, cuando se diseñen a gran escala, podrían funcionar como "perillas" controlables en una bomba biológica que afecta la forma en que se almacena el carbono en el océano.

"A medida que los humanos liberan más carbono en la atmósfera, dependemos de la enorme capacidad de amortiguación del océano para frenar el cambio climático. Cada vez somos más conscientes de que es posible que debamos ajustar la bomba a la escala del océano, ", dijo Sullivan.

"Nos interesarían los virus que podrían sintonizarse con un carbono más digerible, lo que permite que el sistema crezca, produzca células cada vez más grandes y se hunda. Y si se hunde, ganaremos otros cientos o miles de años desde lo peor". efectos del cambio climático.

"Creo que la sociedad básicamente cuenta con ese tipo de arreglo tecnológico, pero es un problema científico fundamental complejo para desentrañar".

El estudio aparece en línea hoy en Science .

Estos virus de ARN se detectaron en muestras de plancton recolectadas por Tara Oceans Consortium, un estudio global en curso a bordo de la goleta Tara del impacto del cambio climático en el océano. El esfuerzo internacional tiene como objetivo predecir de manera confiable cómo responderá el océano al cambio climático familiarizándose con los misteriosos organismos que viven allí y hacen la mayor parte del trabajo de absorber la mitad del carbono generado por el hombre en la atmósfera y producir la mitad del oxígeno que respiramos. .

Aunque estas especies virales marinas no representan una amenaza para la salud humana, se comportan como todos los virus, cada uno de los cuales infecta a otro organismo y usa su maquinaria celular para hacer copias de sí mismo. Aunque el resultado siempre podría considerarse malo para el huésped, las actividades de un virus pueden generar beneficios para el medio ambiente, por ejemplo, ayudar a disipar una proliferación de algas nocivas.

El truco para definir dónde encajan en el ecosistema ha sido el desarrollo de técnicas computacionales que pueden extraer información sobre las funciones virales de ARN y los huéspedes a partir de fragmentos de genomas que, según los estándares genómicos, son pequeños para empezar.

"Dejamos que los datos sean nuestra guía", dijo el coautor Guillermo Domínguez-Huerta, exinvestigador postdoctoral en el laboratorio de Sullivan.

El análisis estadístico de 44 000 secuencias reveló patrones estructurales de la comunidad de virus que el equipo usó para asignar comunidades de virus de ARN en cuatro zonas ecológicas:epipelágica ártica, antártica, templada y tropical (más cercana a la superficie, donde ocurre la fotosíntesis), y mesopelágica templada y tropical (200- 1.000 metros de profundidad). Estas zonas coinciden estrechamente con las asignaciones de zonas para las casi 200 000 especies de virus de ADN marino que los investigadores habían identificado previamente.

Hubo algunas sorpresas. Si bien la biodiversidad tiende a expandirse en regiones más cálidas cerca del ecuador y caer cerca de los polos más fríos, Zayed dijo que un análisis de interacción ecológica basado en redes mostró que la diversidad de especies virales de ARN era mayor de lo esperado en el Ártico y la Antártida.

"Cuando se trata de diversidad, a los virus no les importa la temperatura", dijo. "Hubo más interacciones aparentes entre los virus y la vida celular en las áreas polares. Eso nos dice que la gran diversidad que estamos observando en las áreas polares se debe básicamente a que tenemos más especies virales que compiten por el mismo huésped. Vemos menos especies de huéspedes pero más especies virales que infectan a los mismos huéspedes".

El equipo utilizó varios enfoques metodológicos para identificar posibles huéspedes, primero infiriendo el huésped en función de la clasificación de los virus en el contexto del plancton marino y luego haciendo predicciones basadas en cómo las cantidades de virus y huéspedes "co-varían" porque su abundancia depende de El uno al otro. La tercera estrategia consistió en encontrar evidencias de integración de virus ARN en genomas celulares.

"Los virus que estamos estudiando no se insertan en el genoma del huésped, pero muchos se integran en el genoma por accidente. Cuando sucede, es una pista sobre el huésped porque si encuentra una señal de virus dentro del genoma del huésped, es porque en algún momento el virus estuvo dentro de la célula", dijo Domínguez-Huerta.

Si bien se descubrió que la mayoría de los virus dsDNA infectan bacterias y arqueas, que abundan en el océano, este nuevo análisis encontró que los virus RNA infectan principalmente hongos y eucariotas microbianos y, en menor medida, invertebrados. Solo una pequeña fracción de los virus marinos de ARN infectan bacterias.

El análisis también arrojó el descubrimiento inesperado de 72 genes metabólicos auxiliares (AMG, por sus siglas en inglés) funcionalmente diferentes discernibles esparcidos entre 95 virus de ARN, lo que proporcionó algunas de las mejores pistas sobre qué tipos de organismos infectan estos virus y qué procesos metabólicos están tratando de reprogramar. para maximizar la "fabricación" de virus en el océano.

Un análisis adicional basado en redes identificó 1.243 especies de virus de ARN conectadas con la exportación de carbono y, de manera muy conservadora, se supuso que 11 estaban involucradas en la promoción de la exportación de carbono al fondo del mar. De ellos, se seleccionaron dos virus vinculados a huéspedes de la familia de las algas como los objetivos más prometedores para el seguimiento.

"El modelado está llegando al punto en que podemos tomar bolsas de genes de estos estudios genómicos a gran escala y pintar mapas metabólicos", dijo Sullivan, también profesor de ingeniería civil, ambiental y geodésica y director fundador del Centro de Ciencias del Microbioma del Estado de Ohio. .

"Estoy imaginando nuestro uso de AMG y estos virus que se predice que infectarán a huéspedes particulares para marcar esos mapas metabólicos hacia el carbono que necesitamos. Es a través de esa actividad metabólica que probablemente debamos actuar".

Sullivan, Domínguez-Huerta y Zayed también son miembros del equipo en el Instituto de Integración de Biología EMERGE en el Estado de Ohio.