Що приходить вам на розум при слові «вірус»? чий геном за складністю змагається з бактеріями. А найдивовижніше — вони не просто вбивають своїх жертв, а зламують і модифікують основи життя, включаючи фотосинтез. Нещодавнє дослідження вчених з Університету Майамі — це не просто чергова наукова стаття. Це швидше погляд у замкову щілину, за якою відкривається цілий незвіданий світ, де віруси виступають у ролі таємних архітекторів морських екосистем.
А чи це вірус взагалі?
Давайте одразу прояснимо: коли вчені кажуть «гігантський вірус», вони не перебільшують. Якщо звичайний вірус грипу – це легковий автомобіль, то гігантський вірус – це багатотонна вантажівка. Їх геноми містять сотні, котрий іноді тисячі генів, на відміну десятка-другого в «молодших братів». Ця складність настільки розмиває кордон між живим і неживим, що змушує біологів переглядати саме визначення життя. Саме через свої розміри та складність ці гіганти довгий час вислизали від уваги науки. Стандартні методи фільтрації, призначені для вилову крихітних вірусів, просто відсівали їх як «бактеріальний шум». Вони ховалися у всіх на очах.
Цифрові мережі для лову титанів
Як зловити те, що не проходить через стандартні сита? Відповідь надійшла зі світу великих даних. Уявіть, що ви зачерпнули цебро води з океану. У цій воді генетичний суп із трильйонів організмів: бактерій, водоростей, найпростіших і, звичайно, вірусів. Розділити їх майже неможливо. Але можна секвенувати — тобто прочитати — всю ДНК у цьому «супі» разом. Цей метод називається метагеномікою.
Проблема в тому, що на виході виходить хаос із мільярдів генетичних фрагментів. Знайти в цій мішанині цілісний геном гігантського вірусу — все одно, що зібрати один конкретний пазл із перемішаної купи тисяч різних пазлів.
Саме для цього титанічного завдання команда під керівництвом Бенджаміна Мінча та Мохаммада Моніруззамана створила спеціальний «цифровий невід» — програмний інструмент BEREN. Використовуючи потужності суперкомп’ютера Pegasus, ця програма просіювала гігантські масиви загальнодоступних океанічних даних, вишукуючи унікальні генетичні підписи гігантських вірусів. Результат приголомшив: 230 абсолютно нових видів та понад 500 раніше невідомих науці білків. Це як відкрити на карті світу новий континент.
Не просто вбивці, а хитрі інженери
І ось тут починається найцікавіше. Аналіз знайдених геномів показав щось надзвичайне. У ДНК цих вірусів виявилися гени, відповідальні клітинні функції, які, як вважалося, вірусам не властиві. Найяскравіший приклад – гени фотосинтезу.
Дозвольте пояснити, як це дивно. Вірус це паразит, він використовує ресурси клітини-господаря. Виявити в нього гени фотосинтезу — це ніби грабіжник, вдершись у банк, приніс із собою не лише мішки для грошей, а й креслення для модернізації банківського сховища. Що це означає? Схоже, ці віруси не просто захоплюють одноклітинні водорості (фітопланктон). Під час зараження вони активно втручаються в їх метаболізм. виробництва самих себе.
Від цвітіння водоростей до біотехнологій майбутнього
Ця фундаментальна наука має цілком відчутні наслідки. Фітопланктон, головна мета гігантських вірусів, – це основа всієї океанської харчової ланцюга. Іноді баланс порушується. Різка загибель величезної маси водоростей під дією вірусної інфекції може бути одним із тригерів «червоних припливів» — шкідливого цвітіння води, яке губить рибу і становить небезпеку здоров’ю людини. Розуміння того, який вірус за це відповідає та коли він активізується, може дати владі потужний інструмент для прогнозування та пом’якшення наслідків таких екологічних катастроф.
Більше того, кожен із 530 нових білків, знайдених у вірусних геномах, – це потенційний інструмент для біотехнологій. Це можуть бути унікальні ферменти з новими, небаченими властивостями, які стануть у нагоді в медицині, промисловості або для очищення навколишнього середовища.
Це дослідження – яскраве нагадування про те, як мало ми все ще знаємо про світ, у якому живемо. Під поверхнею океанських хвиль ховається невидима імперія, керована гігантськими, неймовірно складними вірусами. Вони не зло і не добро — вони є фундаментальною частиною життя на Землі, її невидимими інженерами та регуляторами. І завдяки таким інструментам, як BEREN, ми тільки починаємо читати їхні таємні розпорядження.