Alpejskie jeziora odkrywają znaczenie wirusów w środowisku słodkowodnym
Wirusy to jedne z najpowszechniej występujących biologicznych form życia na Ziemi, które mają wiele różnych siedlisk, także w jeziorach i rzekach, i nierzadko bytują w bardzo ekstremalnych warunkach środowiskowych. Mają znaczenie dla bakteryjnych zespołów biologicznych i mogą wpływać na dynamikę ich ewolucji, procesy mineralizacji, transfer energii pomiędzy poziomami troficznymi oraz emisję gazów cieplarnianych. Choć kontrolują w ekosystemach wodnych ważne procesy ekologiczne, nadal niewiele wiadomo o czynnikach rządzących dynamiką i ekologicznymi funkcjami wirusowych zespołów biologicznych w środowiskach słodkowodnych. Przy wsparciu programu „Maria Skłodowska-Curie” projekt metaVir-Alp podjął się tego tematu, koncentrując się na wirusowych zespołach biologicznych w środowisku słodkowodnym, które mają szczególne znaczenie dla obszaru alpejskiego i innych obszarów w UE. Dzięki połączeniu zaawansowanych metod obliczeniowych, metagenomiki i mikrobiologii badacze scharakteryzowali genetyczną różnorodność, strukturę i funkcje bakteryjnych i wirusowych zespołów biologicznych w ekosystemach słodkowodnych według gradientu wysokości nad poziomem morza. „Za modelowy ekosystem przyjęliśmy zagrożone jeziora alpejskie”, wyjaśnia koordynatorka projektu, dr Federica Pinto. „W szczególności skupiliśmy się na osadach z jezior, będących miejscami, w których obieg węgla jest bardzo nasilony ze względu na występowanie dużych ilości węgla w podłożu oraz uwalnianie gazów cieplarnianych”. Lepsze badania wiromu Aby wdrożyć i zwalidować metodykę różnych etapów, w tym pobieranie próbek, generowanie próbek o podwyższonym stężeniu wirusów i przygotowanie biblioteki wiromu, najpierw przeprowadzono sesję wstępnego pozyskiwania próbek. W drugim etapie przeprowadzono dwie kolejne sesje terenowe, dzięki którym naukowcy byli w stanie zgromadzić wszechstronny zbiór danych fizykochemicznych z wykorzystaniem profili występowania bakterii i wirusów w każdym z jezior. Z pomocą wysokosprawnego sekwencjonowania badacze stworzyli też bank DNA 34 bakteryjnych i 34 wirusowych zespołów biologicznych. „Te dwa obszerne zbiory danych, poszerzone o dane przestrzenne jezior z uwzględnieniem wymiaru czasowego, są niezwykle cenne z punktu widzenia wspierania obecnych i przyszłych badań nad bakteryjnymi i wirusowymi zespołami biologicznymi w słodkich wodach alpejskich jezior”, wyjaśnia dr Pinto. Wyniki wykazały, że przy stosowaniu filtracji do zwiększania stężenia wirusów w próbkach na potrzeby wysokosprawnego sekwencjonowania istotny jest odpowiedni dobór rozmiaru porów filtra. Ponadto ze względu na to, że próbki o zwiększonym stężeniu wirusów zawierały znaczące ilości taksonów bakteryjnych, konieczne jest zachowanie czujności na etapie obliczeniowej obróbki wstępnej metagenomów przed przystąpieniem do dalszych analiz. Te ograniczenia badań nad wiromem zwalidowano na ogólnodostępnych zbiorach danych, w których błędy systematyczne występowały jeszcze częściej. Wirom to zbiór kwasów nukleinowych, zarówno RNA, jak i DNA, które tworzą wirusowy zespół biologiczny związany z określonym ekosystemem. „Nasze wyniki będą tym samym podstawą dla przyszłych badań nad wiromem, które dzięki niemu będą oparte na rzetelnych informacjach i dostarczą dokładniejszych wyników”, stwierdza dr Pinto. Badania nad nowymi genomami bakteryjnymi Co więcej, opracowanie specyficznego dla wirusów obliczeniowego protokołu metagenomicznego umożliwi scharakteryzowanie nowych grup wirusów i zrozumienie struktury zbiorowisk wirusowych w naturalnych środowiskach. Badacze scharakteryzowali także genom cyjanobakterii z rodzaju Tychonema bourrellyi. Te ważne bakterie mogą wytwarzać neurotoksyny szkodliwe zarówno dla ludzi, jak i dla zwierząt. Ponadto odzyskano i złożono trzy nowe bakteryjne genomy potencjalnych symbiontów dla cyjanobakterii. Projekt metaVir-Alp przyniesie korzyści mikrobiologom, bioinformatykom oraz limnologom, dając im pierwszą metagenomiczną bazę danych o wirusowych zespołach biologicznych w osadach słodkowodnych, łączącą w sobie nowe próbki pobrane w ramach projektu oraz kilka próbek z dostępnej obecnie literatury. „Pomoże to utorować drogę dla nowych badań środowisk słodkowodnych zarówno z dziedziny mikrobiologii podstawowej, jak i stosowanej. Wypełni to również lukę w obszarze wirusologii środowiskowej, dostarczając niezwykle cennych baz danych o sekwencjach wiromów”, dodaje na koniec dr Pinto.
Słowa kluczowe
metaVir-Alp, wirom, bakteryjne, bakterie, metagenomiczne, jeziora alpejskie, wirus, baza danych
