Вчені розкрили секретний фактор зміни клімату

Недавнє дослідження показує, що віруси, які інфікують мікроби, сприяють зміні клімату, відіграючи ключову роль у циркулюванні метану, потужного парникового газу, у навколишньому середовищі.

Проаналізувавши майже 1000 наборів даних метагеномної ДНК з 15 різних середовищ існування, від різних озер до внутрішньої частини шлунка корови, дослідники виявили, що мікробні віруси несуть спеціальні генетичні елементи для контролю процесів метану, які називаються допоміжними метаболічними генами (AMG). Залежно від того, де живуть організми, кількість цих генів може змінюватися, що свідчить про те, що потенційний вплив вірусів на навколишнє середовище також залежить від середовища їх існування.

Це відкриття додає важливу частину для кращого розуміння того, як метан взаємодіє та рухається в різних екосистемах, сказав ЧжиПінг Чжун, провідний автор дослідження та науковий співробітник Центру полярних і кліматичних досліджень імені Берда при Університеті штату Огайо.

«Важливо розуміти, як мікроорганізми керують метановими процесами», — сказав Чжун, також мікробіолог, чиї дослідження досліджують, як мікроби розвиваються в різноманітних середовищах. «Мікробний внесок у метаболічні процеси метану вивчався десятиліттями, але дослідження в області вірусів все ще малодосліджені, і ми хочемо дізнатися більше».

Дослідження було опубліковано в журналі Nature Communications.

Роль вірусів у викидах парникових газів

Віруси допомогли стимулювати всі екологічні, біогеохімічні та еволюційні процеси на Землі, але лише порівняно недавно вчені почали досліджувати їхній зв’язок зі зміною клімату. Наприклад, метан є другим за величиною викидом парникових газів після вуглекислого газу, але в основному виробляється одноклітинними організмами, які називаються археями.

«Віруси є найпоширенішою біологічною сутністю на землі», — сказав Метью Салліван, співавтор дослідження та професор мікробіології в Центрі науки про мікробіому в штаті Огайо. «Тут ми розширили те, що знаємо про їхній вплив, додавши гени циклу метану до довгого списку метаболічних генів, кодованих вірусами. Наша команда намагалася відповісти, якою частиною «мікробного метаболізму» віруси насправді маніпулюють під час інфекції».

Хоча життєво важлива роль мікробів у прискоренні атмосферного потепління зараз добре визнана, мало відомо про те, як гени, пов’язані з метаболізмом метану, закодовані вірусами, які інфікують ці мікроби, впливають на їх виробництво метану, сказав Чжун. Розгадка цієї таємниці змусила Чжуна та його колег витратити майже десять років, збираючи та аналізуючи зразки мікробної та вірусної ДНК з унікальних мікробних резервуарів.

Одне з найважливіших місць, яке команда вибрала для дослідження, — озеро Врана, частина заповідника в Хорватії. Всередині багатого метаном озерного осаду дослідники виявили велику кількість мікробних генів, які впливають на виробництво та окислення метану. Крім того, вони виявили різноманітні вірусні спільноти та виявили 13 типів АМГ, які допомагають регулювати метаболізм свого господаря. Незважаючи на це, немає жодних доказів того, що ці віруси безпосередньо кодують самі гени метаболізму метану, що свідчить про те, що потенційний вплив вірусів на кругообіг метану залежить від середовища їх існування, сказав Чжун.

Тваринництво та вплив на навколишнє середовище

Загалом дослідження показало, що більша кількість АМГ метанового метаболізму частіше зустрічається в середовищах, пов’язаних із господарем, наприклад у шлунку корови, тоді як менше цих генів було знайдено в середовищах існування, наприклад, в озерних відкладах. Оскільки корови та інша худоба також відповідають за генерацію близько 40% глобальних викидів метану, їхня робота припускає, що складні відносини між вірусами, живими істотами та навколишнім середовищем у цілому можуть бути більш складними, ніж колись думали вчені.

«Ці висновки свідчать про те, що глобальний вплив вірусів недооцінений і заслуговує на більше уваги», — сказав Чжун.

Хоча незрозуміло, чи могла діяльність людини вплинути на еволюцію цих вірусів, команда очікує, що нове розуміння, отримане в результаті цієї роботи, підвищить обізнаність про силу інфекційних агентів населяти все життя на Землі. Проте, щоб продовжувати вивчати внутрішні механізми цих вірусів, необхідні подальші експерименти, щоб краще зрозуміти їхній внесок у цикл метану на Землі, сказав Чжун, особливо в той час, як вчені працюють над способами пом’якшення викидів метану, спричинених мікроорганізмами.