Дивні віруси виявлені на льодовиковому покриві Гренландії

Дослідники виявили на льоду Гренландії гігантські віруси, які можуть контролювати потемніння та танення арктичного льоду, заражаючи снігові водорості. Використання цих вірусів може допомогти уповільнити танення льоду, відкривши новий шлях у пом’якшенні зміни клімату.

Коли Арктика тане щовесни, відроджується як фауна, так і темні водорості, останні прискорюють танення льоду. Вчені ідентифікували гігантські віруси, які потенційно регулюють ці водорості. Ці віруси унікальні за розміром і генетичною складністю, пропонуючи потенційні природні рішення проблем, викликаних швидким таненням льоду.

Арктичне пробудження

Кожної весни, коли сонце сходить в Арктиці після місяців темряви, життя повертається. Полярні ведмеді виринають зі своїх зимових лігвищ, полярна крячка повертається після довгої подорожі на південь, а вівцеві бики пливуть на північ.

Але тварини — не єдине життя, яке пробуджується весняним сонцем. Водорості, що сплять на льоду, починають цвісти навесні, чорніючи великими ділянками льоду.

Коли лід чорніє, його здатність відбивати сонце зменшується. Це прискорює танення льоду, що посилює глобальне потепління.

Але дослідники могли знайти спосіб контролювати ріст снігових водоростей – і, можливо, у довгостроковій перспективі зменшити танення частини льоду. Лаура Періні з кафедри екологічних наук Орхуського університету та її колеги, які живуть на льоду поруч із водоростями, виявили гігантські віруси. Вона підозрює, що віруси харчуються сніговими водоростями і можуть працювати як природний механізм контролю цвітіння водоростей.

«Ми мало знаємо про віруси, але я думаю, що вони можуть бути корисними як спосіб полегшити танення льоду, спричинене цвітінням водоростей. Наскільки вони специфічні та ефективні, ми ще не знаємо. Але досліджуючи їх далі, ми сподіваємося відповісти на деякі з цих запитань», — каже вона.

Розуміння гігантських вірусів

Зазвичай віруси набагато менші за бактерії. Звичайні віруси мають розмір 20-200 нанометрів, тоді як типові бактерії мають розмір 2-3 мікрометри. Іншими словами, нормальний вірус приблизно в 1000 разів менший за бактерію.

Однак це не стосується гігантських вірусів. Гігантські віруси досягають розміру 2,5 мікрометра. Це більше, ніж більшість бактерій.

Але гігантські віруси не тільки більші за розміром. Їх геном набагато більший, ніж у звичайних вірусів. Бактеріофаги – бактерії, що інфікують віруси – мають у своєму геномі від 100 000 до 200 000 букв. Гігантських вірусів налічується близько 2 500 000.

Ніколи раніше не знаходили на льоду

Вперше гігантські віруси були виявлені в 1981 році, коли дослідники знайшли їх в океані. Ці віруси спеціалізуються на зараженні зелених водоростей у морі. Пізніше гігантські віруси були виявлені в ґрунті на суші і навіть у людини. Але це перший випадок, коли гігантські віруси були знайдені на поверхні льоду та снігу, де переважають мікроводорості, пояснює Лаура Періні.

«Ми проаналізували зразки темного льоду, червоного снігу та отворів танення (кріоконіту). І в темному льоду, і в червоному снігу ми виявили сигнатури активних гігантських вірусів. І це перший випадок, коли їх знайшли на поверхні льоду та снігу, де міститься велика кількість пігментованих мікроводоростей».

Екосистема навколо водоростей

Кілька років тому всі вважали цю частину світу безплідною та позбавленою життя. Але сьогодні ми знаємо, що там живе кілька мікроорганізмів, включаючи гігантські віруси.

«Водорості оточують цілу екосистему. Крім бактерій, нитчастих грибів і дріжджів, є протисти, які поїдають водорості, різні види грибів, які паразитують на них, і гігантські віруси, які ми знайшли, що їх заражають.

«Щоб зрозуміти біологічний контроль, який діє на цвітіння водоростей, нам потрібно вивчити останні три групи».

Складнощі спостереження за гігантськими вірусами

Незважаючи на те, що віруси гігантські, їх неможливо побачити неозброєним оком. Лаура Періні ще навіть не бачила їх у світловий мікроскоп. Але вона сподівається зробити це в майбутньому.

«Ми виявили віруси шляхом аналізу всієї ДНК у зразках, які ми взяли. Перебираючи цей величезний набір даних у пошуках конкретних генів-маркерів, ми знайшли послідовності, які мають високу схожість із відомими гігантськими вірусами», — пояснює вона.

Щоб переконатися, що вірусна ДНК походить не від давно мертвих мікроорганізмів, а від живих і активних вірусів, вони також витягли зі зразка всю мРНК.

Коли послідовності ДНК, які утворюють гени, активуються, вони транскрибуються в одноланцюгові фрагменти, які називаються мРНК. Ці частини працюють як рецепти для створення білків, необхідних вірусу. Якщо вони присутні, вірус живий.

«У загальній мРНК, секвенованій зі зразків, ми виявили ті самі маркери, що й у загальній ДНК, тому ми знаємо, що вони були транскрибовані. Це означає, що віруси живуть і активні на льоду», – каже вона.

ДНК і РНК у вірусах

У центрі гігантських вірусів знаходиться кластер ДНК. Ця ДНК містить усю генетичну інформацію або рецепти, необхідні для створення білків – хімічних сполук, які виконують більшу частину роботи у вірусі.

Але для того, щоб використовувати ці рецепти, вірус повинен транскрибувати їх із дволанцюгової ДНК на одноланцюгову мРНК.

Звичайні віруси цього не можуть. Натомість вони мають ланцюги РНК, що плавають у клітині та чекають на активацію, коли вірус заражає організм і захоплює його клітинні виробничі потужності. Гігантські віруси можуть робити це самі, що сильно відрізняє їх від звичайних вірусів.

У той час як ДНК мертвих вірусів можна знайти в зразках, мРНК розщеплюється набагато швидше. Таким чином, мРНК є важливим маркером вірусної активності. Іншими словами, мРНК-рецепти певних білків показують, що віруси живі й працюють.

Нерозгадані таємниці гігантських вірусів

Оскільки гігантські віруси є відносно новим відкриттям, про них відомо не так багато. На відміну від більшості інших вірусів, вони мають багато активних генів, які дозволяють їм відновлювати, реплікувати, транскрибувати та транслювати ДНК.

Але чому це так і для чого саме вони його використовують, невідомо.

«Ми не можемо точно встановити, який хост заражає гігантський вірус. Деякі з них можуть заражати протистами, а інші атакують снігові водорості. Ми просто ще не можемо бути впевнені», – каже Лаура Періні.

Вона наполегливо працює над тим, щоб дізнатися більше про гігантські віруси, і незабаром буде опубліковано більше досліджень.

«Ми продовжуємо вивчати гігантські віруси, щоб дізнатися більше про їхню взаємодію та про їхню роль в екосистемі. Пізніше цього року ми опублікуємо ще одну наукову інформацію про гігантські віруси, що інфікують культивовані мікроводорості, що процвітають на поверхні льоду Гренландського льодовикового щита», – підсумовує вона.