Sampel air laut memberikan harta karun berupa data virus RNA: studi

Sebuah tim peneliti di Ohio State University mengidentifikasi sampel air laut, yang menghasilkan harta karun berupa data baru tentang virus RNA. Ini juga telah memperluas kemungkinan untuk penelitian lingkungan dan membentuk kembali pemahaman tentang bagaimana partikel-partikel kecil namun penting ini berevolusi.

Studi ini diterbitkan dalam jurnal Science.

Para peneliti telah mengidentifikasi 5.500 jenis virus RNA baru yang mewakili kelima jenis virus RNA yang diketahui, dan mereka menyarankan bahwa setidaknya ada lima jenis virus RNA baru yang diperlukan untuk menangkapnya.

Kumpulan spesies yang baru diidentifikasi paling melimpah milik peneliti suaka yang diusulkan bernama Taraviricota, referensi ke sumber 35.000 sampel air yang memungkinkan analisis. Tara Ocean Consortium, sebuah studi global yang sedang berlangsung di atas kapal sekunar Tara tentang dampak perubahan iklim di lautan dunia.

“Ada banyak keragaman baru di sini — dan seluruh filum, Taraviricota, ditemukan di seluruh lautan, menunjukkan bahwa mereka penting secara ekologis,” kata penulis utama Matthew Sullivan, profesor mikrobiologi di Ohio State University.

“Virus RNA jelas penting di dunia kita, tetapi kami biasanya hanya mempelajari sebagian kecil dari mereka – beberapa ratus di antaranya yang membahayakan manusia, tumbuhan, dan hewan. Kami ingin mempelajarinya secara sistematis dalam skala yang sangat besar dan menjelajahi lingkungan yang tidak ada orang lain yang memilikinya. Kami melihat secara mendalam, dan kami beruntung. Karena hampir setiap spesies baru, dan banyak yang benar-benar baru.”

Sementara mikroba berkontribusi secara mendasar untuk semua kehidupan di planet ini, virus yang menginfeksi atau berinteraksi dengan mereka memiliki efek beragam pada fungsi mikroba. Jenis virus ini diperkirakan memiliki tiga fungsi utama: membunuh sel, mengubah cara sel yang terinfeksi mengelola energi, dan mentransfer gen dari satu inang ke inang lainnya.

Mengetahui lebih banyak tentang keragaman dan kelimpahan virus di lautan dunia akan membantu menjelaskan peran mikroba laut dalam adaptasi laut terhadap perubahan iklim, kata para peneliti.

Lautan menyerap setengah dari karbon dioksida yang dihasilkan manusia dari atmosfer, dan penelitian sebelumnya oleh kelompok ini telah menyarankan bahwa virus laut adalah “kunci” untuk pompa biologis yang mempengaruhi bagaimana karbon disimpan di laut.

Dengan mengambil tantangan mengklasifikasikan virus RNA, tim memasuki perairan yang masih beriak dari upaya taksonomi sebelumnya yang sebagian besar berfokus pada patogen virus RNA. Dalam kerajaan biologis Orthornavirae, lima filum baru-baru ini diakui oleh Komite Internasional untuk Taksonomi Virus (ICTV).

Meskipun tim peneliti telah mengidentifikasi ratusan spesies virus RNA baru yang sesuai dengan subdivisi saat ini, analisis mereka mengidentifikasi ribuan spesies lainnya yang dikelompokkan ke dalam lima filum baru yang diusulkan, Taraviricota, Pomiviricota, Paraxenoviricota, Wamoviricota dan Arctiviricota, yang, Seperti Taraviricota, fitur spesies kelimpahan – setidaknya di perairan beriklim kritis di Samudra Arktik, wilayah di dunia di mana kondisi pemanasan menyebabkan kerusakan paling parah.

Tim Sullivan telah lama membuat katalog jenis virus DNA di lautan, jumlahnya meningkat dari beberapa ribu pada 2015 dan 2016 menjadi 200.000 pada 2019. Untuk studi ini, para ilmuwan memiliki akses ke partikel virus untuk menyelesaikan analisis.

Dalam upaya saat ini untuk mendeteksi virus RNA, tidak ada partikel virus untuk dipelajari. Sebaliknya, para peneliti mengekstrak sekuens dari gen yang diekspresikan dalam organisme yang mengambang di laut dan mempersempit analisis menjadi sekuens RNA yang mengandung gen berbeda yang disebut RdRp, yang telah berevolusi selama miliaran tahun dalam virus RNA dan tidak ada pada virus atau sel lain.

Sejak keberadaan RdRp dimulai sejak kehidupan pertama kali ditemukan di Bumi, situs urutannya menyimpang beberapa kali, yang berarti bahwa tidak mungkin untuk menggambarkan hubungan pohon filogenetik tradisional hanya dengan menggunakan urutan. Sebaliknya, tim menggunakan pembelajaran mesin untuk mengatur 44.000 urutan baru dengan cara yang dapat menangani miliaran tahun perbedaan urutan dan memvalidasi metode dengan menunjukkan bahwa teknologi dapat secara akurat mengklasifikasikan urutan virus RNA.

“Kami harus mengukur apa yang diketahui untuk mempelajari yang tidak diketahui,” kata Sullivan, yang juga seorang profesor teknik sipil, lingkungan dan geodesi, direktur pendiri Ohio State Microbiome Science Center dan anggota tim kepemimpinan di EMERGE Biology. Institut Integrasi.

“Kami telah menciptakan cara yang dapat direproduksi secara komputasi untuk menyelaraskan urutan tersebut dengan di mana kami dapat lebih yakin bahwa kami secara akurat menyelaraskan situasi yang mencerminkan evolusi,” tambahnya.

Analisis lebih lanjut menggunakan representasi 3D dari sekuens dan struktur penyelarasan mengungkapkan bahwa kelompok 5.500 spesies baru tidak cocok dengan lima kelas virus RNA yang ada yang diklasifikasikan dalam kingdom Orthornavirae.

kata co-penulis pertama Ahmed Zayed, seorang ilmuwan penelitian di mikrobiologi di Ohio State dan pemimpin penelitian di EMERGE.

Secara keseluruhan, hasilnya mengarahkan para peneliti untuk mengusulkan tidak hanya lima kelas baru tetapi juga setidaknya 11 kelas virus RNA orthornaviran baru. Tim sedang mempersiapkan proposal untuk meminta formalisasi orang dan kategori yang dicalonkan oleh ICTV.

Zayed mengatakan berbagai data baru tentang variabilitas gen RdRp dari waktu ke waktu mengarah pada pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana kehidupan awal berevolusi di planet ini.

“RdRp seharusnya menjadi salah satu gen tertua – sudah ada sebelum DNA dibutuhkan,” katanya.

“Jadi kita tidak hanya menelusuri asal virus, tapi juga asal usul kehidupan,” pungkasnya.

(Ani)