Бактериофаги как тайные движущие силы изменения климата
В новом исследовании ученые обнаружили, что фаги, заражающие микробы, способствуют изменению климата, играя ключевую роль в круговороте метана, мощного парникового газа, в окружающей среде.
Проанализировав около 1000 наборов данных метагеномных ДНК из 15 различных сред обитания - от озер до желудка коровы, исследователи обнаружили, что микробные вирусы несут в себе специальные генетические элементы для контроля процессов метанообразования, называемые вспомогательными метаболическими генами (auxiliary metabolic genes - AMG). В зависимости от места обитания организмов количество этих генов может меняться, что позволяет предположить, что потенциальное воздействие вирусов на окружающую среду также зависит от среды их обитания.
По словам ЖиПин Чжуна, ведущего автора исследования, опубликованного в журнале Nature Communications, научного сотрудника Центра полярных и климатических исследований при Университете штата Огайо, это открытие добавляет важную часть к лучшему пониманию того, как метан взаимодействует и перемещается в различных экосистемах. "Важно понять, как микроорганизмы стимулируют процессы, связанные с метаном", - говорит Чжун. "Вклад микроорганизмов в процессы метаболизма метана изучается уже несколько десятилетий, но исследования в области вирусов все еще остаются недостаточно изученными, и мы хотим узнать больше".
Вирусы способствовали развитию всех экологических, биогеохимических и эволюционных процессов на Земле, но лишь сравнительно недавно ученые начали изучать их связь с изменением климата. Например, метан является вторым по величине фактором выброса парниковых газов после углекислого газа, но в основном производится археями. "Вирусы - самые распространенные биологические организмы на Земле", - говорит Чжун. "В данном исследовании мы расширили наши знания об их воздействии, добавив к длинному списку метаболических генов, кодируемых вирусами, гены круговорота метана. Наша исследовательская группа попыталась ответить на вопрос о том, какой частью "микробного метаболизма" на самом деле манипулируют вирусы в процессе инфицирования".
Хотя жизненно важная роль микробов в ускорении атмосферного потепления сегодня хорошо известна, мало что известно о том, как гены, связанные с метаболизмом метана, кодируемые вирусами, которые заражают эти микробы, влияют на выработку ими метана, говорит Чжун. Для решения этой задачи Чжун и его коллеги потратили почти десять лет на сбор и анализ образцов микробной и вирусной ДНК из уникальных микробных резервуаров.
Одним из наиболее важных мест, выбранных специалистами для исследования, является озеро Врана, входящее в состав охраняемого природного заповедника в Хорватии. В осадке озера, богатом метаном, исследователи обнаружили множество микробных генов, влияющих на производство и окисление метана. Кроме того, они обнаружили разнообразные вирусные сообщества и выявили 13 типов AMG, которые помогают регулировать метаболизм своих хозяев. Несмотря на это, нет никаких доказательств того, что эти вирусы непосредственно кодируют гены метаболизма метана, что позволяет предположить, что потенциальное влияние вирусов на круговорот метана зависит от среды их обитания, отметил Чжун.
В целом, исследование показало, что большее количество AMG метаболизма метана чаще всего обнаруживается в средах, связанных с хозяином, например, в желудке коровы, в то время как меньше таких генов было найдено в средах обитания, например, в осадках озер. Поскольку коровы и другой домашний скот также являются причиной около 40% глобальных выбросов метана в атмосферу, исследование позволяет предположить, что сложные взаимоотношения между вирусами, животными и окружающей средой в целом могут быть более тесно связаны, чем считали ученые ранее. "Эти результаты свидетельствуют о том, что глобальное воздействие вирусов недооценивается и заслуживает более пристального внимания", - считает Чжун.
Хотя пока неясно, могла ли деятельность человека повлиять на эволюцию этих вирусов, авторы работы надеются, что новые сведения, полученные в результате исследования, повысят осведомленность о способности инфекционных агентов заселять все живое на Земле. По словам Чжуна необходимо проводить дальнейшие эксперименты, чтобы лучше понять роль бактериофагов в круговорот метана на Земле, особенно в то время, когда ученые ищут способы уменьшить выбросы метана, вызванные микроорганизмами. "Эта работа - первый шаг к пониманию вирусных причин изменения климата", - сказал он. "Нам еще многое предстоит узнать".
