Каждую весну, когда солнце встает в Арктике после долгих месяцев темноты, жизнь возвращается.
Белые медведи выходят из своих зимних берлог, полярные крачки возвращаются из своего долгого путешествия на юг, а мускусные быки перебираются на север. Но не только животные пробуждаются под лучами весеннего солнца. Водоросли, дремлющие на льду, начинают расцветать весной, окрашивая в черный цвет большие участки льда. Когда лед чернеет, его способность отражать солнечные лучи уменьшается, и это ускоряет таяние льда. Усиление таяния усугубляет глобальное потепление.
Тем не менее, исследователи, возможно, нашли способ контролировать рост снежных водорослей и, в конечном счете, уменьшить таяние льда. Лаура Перини с факультета экологии Орхусского университета (Дания) и ее коллеги обнаружили гигантских вирусов, живущих на льду вместе с водорослями. Их результаты опубликованы в журнале Microbiome. Авторы предполагают, что вирусы питаются водорослями и могут работать как естественный механизм контроля над цветением водорослей. "Мы многого не знаем об этих вирусах, но я думаю, что они могут быть полезны в качестве средства борьбы с таянием льда, вызванным цветением водорослей. Насколько они специфичны и насколько эффективны, мы пока не знаем. Но, исследуя их дальше, мы надеемся ответить на некоторые из этих вопросов", - говорит Перини.
Обычные вирусы имеют размер 20-200 нанометров, однако с гигантскими вирусами дело обстоит иначе - они вырастают до размеров 2,5 микрометра. Это больше, чем большинство бактерий. Но гигантские вирусы не только большие по размеру, их геном намного больше, чем у обычных вирусов. Бактериофаги имеют в своем геноме от 100 000 до 200 000 оснований, а у гигантских вирусов их около 2 500 000.
Впервые гигантские вирусы были обнаружены в 1981 году, когда ученые нашли их в океане. Эти вирусы специализировались на заражении морских зеленых водорослей. Позже гигантские вирусы были обнаружены в почве на суше и даже в организме человека. Но это первое исследование, когда гигантские вирусы были обнаружены на поверхности льда и снега, где преобладают микроводоросли, объясняет Перини. "Мы проанализировали образцы из темного льда, красного снега и тающих лунок (криоконит). И в темном льду, и в красном снеге мы обнаружили признаки активных гигантских вирусов. И это первый случай, когда они были обнаружены на поверхности льда и снега, содержащих большое количество пигментированных микроводорослей", - рассказала она.
Еще несколько лет назад все считали Гренландию бесплодной и лишенной жизни. Но сегодня мы знаем, что там обитает несколько видов микроорганизмов, в том числе гигантские вирусы. "Вокруг водорослей существует целая экосистема. Помимо бактерий, нитчатых грибов и дрожжей, есть протисты, питающиеся водорослями, различные виды грибов, паразитирующие на них, и гигантские вирусы, которые мы обнаружили, заражающие их. "Чтобы понять, как биологический контроль действует на цветение водорослей, нам нужно изучить эти три последние группы", - продолжает Перини. "Мы обнаружили вирусы, проанализировав всю ДНК во взятых нами образцах. Проанализировав огромный массив данных в поисках специфических маркерных генов, мы нашли последовательности, имеющие большое сходство с известными гигантскими вирусами".
Чтобы убедиться, что вирусная ДНК была получена не от давно погибших микроорганизмов, а от живых и активных вирусов, исследователи также извлекли всю мРНК из образца. Когда последовательности ДНК, образующие гены, активируются, они транскрибируются в одноцепочечные фрагменты мРНК, которые служат матрицами для создания необходимых вирусу белков. Если ДНК мертвых вирусов можно обнаружить в образцах, то мРНК разрушается гораздо быстрее. Поэтому мРНК является важным маркером вирусной активности. Если она присутствует, значит, вирус жив. "В общей мРНК, секвенированной из образцов, мы обнаружили те же маркеры, что и в общей ДНК, поэтому мы знаем, что они были транскрибированы. Это означает, что вирусы живы и активны во льду", - поясняет Перини.
Один из образцов, в котором Лаура Перини обнаружила гигантские вирусы. На первый взгляд это грязная вода, но пакет кишит микроорганизмами, среди которых есть и ледяные водоросли, окрашивающие лед в темный цвет. Фото: Laura Perini.
Поскольку гигантские вирусы - относительно новое открытие, о них известно не так уж много. В отличие от большинства других вирусов, у них много активных генов, которые позволяют им восстанавливать, реплицировать, транскрибировать и транслировать ДНК. Но зачем это нужно и для чего именно они это делают, неизвестно. «Каких хозяев заражают гигантские вирусы, мы не можем точно установить. В этом году мы опубликуем еще одно научное исследование, в котором будет представлена дополнительная информация о гигантских вирусах, заражающих культивируемые микроводоросли, процветающие на поверхности ледникового щита Гренландии", - сообщила Перини.
