Кубанский государственный технологический университет

В океане обнаружены сотни тысяч новых видов вирусов

15-02-2012
Точки, где были взяты пробы для вирусологического метагеномного анализа. В прямоугольниках указаны районы — Арктика, Саргассово море (SAR), Мексиканский залив (GOM), Британская Колумбия (BBC), а также число точек и проб, даты и глубины. Рис. из обсуждаемой статьи в PLoS Biology

Микробиологи и генетики из США и Канады опубликовали результаты первого широкомасштабного исследования вирусов, обитающих в океане. Работа проводилась методом метагеномного анализа — тотального выделения из проб ДНК и ее сравнения с имеющимися генетическими базами данных. Оказалось, что в океане живут сотни тысяч видов ДНК-содержащих вирусов, большинство из которых неизвестны науке.

Морские вирусы могут играть важную роль в планетарном круговороте генов, вещества и энергии.

Это исследование приоткрыло дверь в новый, ранее почти не известный мир — мир морских вирусов. Всего ученые обработали 184 пробы морской воды, взятые на глубине от 0 до 3246 м в 68 точках в Саргассовом море, Мексиканском заливе, Северном Ледовитом океане и в Тихом океане у побережья Британской Колумбии.

Вирусные частицы отфильтровывались, а затем из них извлекали ДНК. Более 91% обнаруженных таким образом фрагментов вирусной ДНК принадлежат неизвестным науке видам, или, говоря точнее, видам, чьи геномные последовательности до сих пор отсутствовали в базах данных. Практически все эти вирусы являются ДНК-содержащими бактериофагами, то есть паразитами бактерий. Например, в пробе из Саргассова моря среди «известных» вирусов преобладали фаги, паразитирующие в цианобактерии (синезеленой водоросли) Prochlorococcus (эта цианобактерия является одновременно и самым многочисленным, и самым маленьким фотосинтезирующим организмом на свете).

Большинство морских ДНК-содержащих вирусов хранят свою наследственную информацию в виде двойных цепей ДНК (как и все клеточные формы жизни), однако среди них обнаружились и одноцепочечные формы (single strand DNA phages), относящиеся к семейству Microviridae. До сих пор одноцепочечных ДНК-вирусов в морской воде не находили.

Хотя многие морские вирусы имеют очень широкое распространение (они были обнаружены в большинстве проб из всех четырех районов), регионы тем не менее сильно различаются по своей вирусной «фауне». По-видимому, вирусная биогеография в самых общих чертах сходна с биогеографией клеточных организмов. Например, для вирусов оказалось вполне справедливым общее биогеографическое правило, согласно которому чем больше расстояние между двумя районами, тем в среднем ниже их фаунистическое сходство. Подтвердилось и правило «широтного градиента разнообразия»: чем ближе к экватору, тем выше число видов в сообществе. Конечно, это во многом обусловлено тем, что определенные вирусы приурочены к определенным хозяевам-бактериям.

Впрочем, самое разнообразное вирусное сообщество (129 000 различающихся вирусных генотипов) было обнаружено не в самом близком к экватору районе (Мексиканский залив), а у побережья Британской Колумбии. Это объясняется тем, что здесь имеется восходящее морское течение (апвеллинг), поднимающее на поверхность биогенные элементы из глубин океана. В таких районах всегда наблюдается необыкновенное буйство жизни. Наименее разнообразный комплекс вирусов (532 генотипа) характерен для Северного Ледовитого океана. Общее число видов вирусов в Мировом океане, по оценкам ученых, должно составлять не менее нескольких сот тысяч. Плотность вирусного населения в поверхностных слоях океана, по-видимому, измеряется сотнями миллионов вирусных частиц на литр воды.

Переходя от бактерии к бактерии, фаги часто «прихватывают» с собой фрагменты бактериального генома и тем самым способствуют горизонтальному обмену генами, в том числе между разными видами бактерий. Фаги способны также сильно менять биологию своих хозяев — бактерий: например, некоторые патогенные и безвредные штаммы бактерий отличаются друг от друга только фагами, встроившимися в их геном (фагов, встроившихся в геном бактерии и временно ставших как бы его составной частью, называют «профагами»). Влияя на эволюцию и экологические характеристики морских бактерий, фаги могут играть важную роль в глобальном круговороте вещества, энергии и генов.

Необходимо отметить, что проведенный анализ затронул только одну большую группу вирусов, а именно ДНК-содержащих вирусов. Примененные авторами методы не позволяли им выделить из морской воды также и РНК-содержащих вирусов. Известно, что они тоже есть в море, однако их численность и разнообразие до сих пор не оценены.

Источник: Florent E. Angly et al. The Marine Viromes of Four Oceanic Regions // PLoS Biology. 2006. Volume 4. Issue 11. P. e368.

Об исследованиях, проведенных при помощи метагеномного анализа, см. также: 1) Кишечная микрофлора превращает человека в «сверхорганизм», «Элементы», 09.06.2006. 2) Бактерии-симбионты заменили морскому червю органы пищеварения и выделения, «Элементы», 19.09.2006.

Александр Марков

‹‹