Это открытие удваивает количество распознаваемых родов вирусов – биологическая классификация на один шаг выше видов – и увеличивает количество секвенированных вирусных геномов, доступных для изучения, почти в десять раз.
Исследовательская группа изучает вирусы, поражающие микробы, в частности бактерии и археи, одноклеточные микроорганизмы, похожие на бактерии по размеру, но с другой историей эволюции.
По словам Мэтью Салливана, доцента микробиологии в Университете штата Огайо и старшего автора исследования, микробы вносят существенный вклад во все живое на планете, а вирусы оказывают разнообразное влияние на микробные функции, что остается в значительной степени непонятым.

Салливан сотрудничает с учеными, изучающими микробы в кишечнике и легких человека, а также в природных средах, таких как почвы и океаны. Совсем недавно он сообщил о разнообразии океанических вирусных сообществ в специальном выпуске журнала Science с участием Tara Oceans Expedition, глобального исследования воздействия изменения климата на Мировой океан.
«Взаимодействия вирус-бактерия и вирус-архея, вероятно, весьма важны для динамики этого микроба, поэтому, если исследователи изучают микроб в конкретной среде, они упускают большую часть динамики его взаимодействия, игнорируя вирусы», Салливан сказал. «Эта работа поможет исследователям осознать важность вирусов для множества различных микробов.

«Во всех наших исследованиях мы работаем с людьми, которые хорошо знают микробы, и помогаем им решить, как вирусы могут быть полезны для микробной системы.

Проекты варьируются от фундаментальной фундаментальной науки до прикладной медицины."
Исследование опубликовано в онлайн-журнале eLife.

Обнаружение сокровищницы новых последовательностей вирусного генома открыло дверь к использованию этих данных для идентификации ранее неизвестных микробных хозяев. Эти новые возможности приписываются VirSorter, вычислительному инструменту, разработанному ведущим автором исследования Саймоном Ру, научным сотрудником лаборатории Салливана.

Сортировщик просмотрел общедоступные базы данных секвенированных микробных геномов в поисках фрагментов геномов, которые напоминали геномы вирусов, которые уже были секвенированы – для начала. VirSorter также «ловил» последовательности, ища гены, которые, как известно, помогают производить белковую оболочку, которая есть у всех вирусов, называемую капсидом.
«Идея состоит в том, что бактерии не используют капсиды и не производят их, поэтому любой ген капсида должен происходить от вируса», – сказал Ру.

Затем сортировщик связал гены капсида с незнакомыми генами – теми, которые считаются новыми, небольшими или организованными иначе, – которые вряд ли будут продуцированы бактериями.

«Ни одна из этих геномных особенностей сама по себе не является дымовым пистолетом, но их объединение привело к надежному обнаружению« новых »вирусов – вирусов, которых у нас не было в базе данных, но которые мы можем идентифицировать, потому что они имеют гены капсида и вирусную организацию ," он сказал.
Использование микробных геномов в качестве источника данных означало, что исследователи могли связать вновь идентифицированные вирусные последовательности с надлежащим микробным хозяином. Затем ученые попытались применить обратный маневр к данным, чтобы увидеть, можно ли использовать только вирусные последовательности для идентификации неизвестных хозяев – и этот способ анализа последовательностей может предсказать хозяина с точностью до 90%.

"Мы можем исследовать множество сред, чтобы найти новые вирусы, но проблема заключается в том, кого они заражают?"Салливан сказал. "Если мы сможем использовать вычислительные приемы для предсказания хоста, мы сможем исследовать эту связь вирус-хозяин. Это действительно важная часть уравнения."
Хотя обычно считается, что вирусы захватывают любой организм, в который они вторгаются, лаборатория Салливана идентифицировала несколько вирусов, называемых профагами, которые сосуществуют с микробами-хозяевами и даже производят гены, которые помогают клеткам-хозяевам конкурировать и выживать.
Вирусы не могут выжить без хозяина, и наиболее изученные вирусы, связанные с болезнями, имеют литическую природу: они проникают внутрь клетки и делают копии самих себя, разрушая клетку в процессе.

Но последовательности генома, выявленные в этом исследовании, позволяют предположить, что существует гораздо больше профагоподобных вирусов, которые отличаются в одном важном отношении: их геном остается отдельным от генома их микробных хозяев.
«Внехромосомная форма этого типа вируса довольно широко распространена, и практически никто не изучает эти виды вирусов», – сказал Салливан, который также работал в области гражданского строительства, охраны окружающей среды и геодезии. "Это совершенно другое и в значительной степени неизученное явление, и важно понимать способность этих вирусов взаимодействовать и связываться с функцией этих клеток."

Салливан только что переместил свою лабораторию из Университета Аризоны, где проводилось это исследование. Он и Ру в соавторстве со Стивеном Халламом из Университета Британской Колумбии и Таней Войке из Объединенного института генома Министерства энергетики написали статью по eLife.
Работа поддержана Фондом Гордона и Бетти Мур, Советом по естественным наукам и инженерным исследованиям Канады, Канадским фондом инноваций, Канадским институтом перспективных исследований и Центром микробного разнообразия и эволюции, финансируемым Тульским фондом.

Фонд Унгер Ветлесен и Амвросия Монелла. Базы данных исходного генома поддерживаются Национальным центром биотехнологической информации.