Scoperte 5.500 nuove specie e 5 nuovi phyla di virus a Rna nell’acqua di mare

Un tesoro di dati su virus a RNA raccolto dal Tara Oceans Consortium che riporta indietro alla vita primigenia

[11 Aprile 2022]

I ricercatori del Tara Oceans Consortium  che hanno pubblicato su Science lo studio “Cryptic and abundant marine viruses at the evolutionary origins of Earth’s RNA virome”, rivelano che «I campioni di acqua oceanica raccolti in tutto il mondo hanno prodotto una miniera di nuovi dati sui virus a RNA, ampliando le possibilità di ricerca ecologica e rimodellando la nostra comprensione di come si sono evolute queste piccole ma significative particelle submicroscopiche».

Combinando le analisi machine-learning con i tradizionali alberi evolutivi tradizionali, il team internazionale di ricercatori guidato da Ahmed Zayed dell’Ohio Statu University (OSU) ha identificato 5.500 nuove specie di virus a RNA che rappresentano tutti e 5 i phyla di virus a RNA conosciuti e suggeriscono che per rappresentarli sono necessari almeno 5 nuovi phyla di virus a RNA.

All’OSU spiegano che «La raccolta più abbondante di specie recentemente identificate appartiene a un phylum proposto dai ricercatori chiamato Taraviricota , un cenno alla fonte dei 35.000 campioni d’acqua che hanno consentito l’analisi: il Tara Oceans Consortium, uno studio globale in corso a bordo della goletta Tara sull’impatto del cambiamento climatico negli oceani del mondo».

Il principale autore dello a studio il microbiologo dell’OSU Matthew Sullivan, sottolinea: «C’è così tanta nuova diversità qui e un intero phylum, il Taraviricota , è stato trovato in tutti gli oceani, il che suggerisce che sono ecologicamente importanti. I virus a RNA sono chiaramente importanti nel nostro mondo, ma di solito ne studiamo solo una piccola fetta, le poche centinaia che danneggiano esseri umani, piante e animali. Volevamo studiarli sistematicamente su larga scala ed esplorare un ambiente che nessuno aveva guardato a fondo, e siamo stati fortunati perché praticamente ogni specie era nuova e molte erano davvero nuove».

Mentre i microbi contribuiscono in modo essenziale al sostentamento di tutta la vita sul pianeta, i virus che li infettano o interagiscono con loro  hanno una varietà di influenze sulle funzioni microbiche. Gli scienziati ritengono che questi tipi di virus abbiano tre funzioni principali: uccidere le cellule, modificare il modo in cui le cellule infette gestiscono l’energia e trasferire i geni da un ospite all’altro. E dicono che «Sapere di più sulla diversità e l’abbondanza dei virus negli oceani del mondo aiuterà a spiegare il ruolo dei microbi marini nell’adattamento degli oceani ai cambiamenti climatici. Gli oceani assorbono metà dell’anidride carbonica generata dall’uomo dall’atmosfera e ricerche precedenti di questo team hanno suggerito che i virus marini sono la “manopola” di una pompa biologica che influenza il modo in cui viene immagazzinato il carbonio nell’oceano».

Accettando la sfida di classificare i virus a RNA, il team è addentrato in acvque semiscnosciute, appena sondate dai precedenti sforzi di categorizzazione della tassonomia che si concentravano principalmente sui patogeni virali dell’RNA. All’interno del regno biologico Orthornavirae , cinque phyla sono stati recentemente riconosciuti dall’International Committee on Taxonomy of Viruses (ICTV). Il team di ricerca ha identificato centinaia di nuove specie di virus a RNA che si adattano alle divisioni esistenti, ma la loro analisi ha identificato altre migliaia di specie che hanno raggruppato in 5 nuovi phyla per i quali hanno proposto i nomi scientifici: Taraviricota, Pomiviricota, Paraxenoviricota, Wamoviricota e Arctiviricota, che, come Taraviricota , presenta molto abbondanti, almeno nelle acque dell’Oceano Artico, critiche, l’area del mondo in cui le condizioni di riscaldamento provocano il maggiore caos climatico.

Il team di Sullivan e Zayed cataloga da anni le specie di virus del DNA presenti negli oceani e ha portato il loro numero dalle poche migliaia classificate nel 2015 e 2016 alle 200.000 nel 2019. Per il lavoro attuale per rilevare i virus a RNA, non c’erano particelle virali da studiare e i ricercatori hanno estratto sequenze da geni espressi in organismi che galleggiano nel mare e hanno ristretto l’analisi a sequenze di RNA che contenevano un gene caratteristico, chiamato RdRp, che si è evoluto per miliardi di anni nei virus a RNA ed è assente da altri virus o cellule. Ora ricordano: «Poiché l’esistenza di RdRp risale a quando la vita è stata rilevata per la prima volta sulla Terra, molte volte la sua posizione della sequenza è divergente, il che significa che le relazioni filogenetiche tradizionali degli alberi erano impossibili da descrivere con le sole sequenze. Invece, il team ha utilizzato l’apprendimento automatico per organizzare 44.000 nuove sequenze in un modo in grado di gestire questi miliardi di anni di divergenza di sequenze e ha convalidato il metodo dimostrando che la tecnica potrebbe classificare accuratamente sequenze di virus a RNA già identificati».

Sullivan, che è anche direttore fondatore del Center of Microbiome Science dell’OSU e fa parte del gruppo dirigente dell’EMERGE Biology Integration Institute, evidenzia che «Abbiamo dovuto confrontare il noto per studiare l’ignoto. Abbiamo creato un modo riproducibile dal punto di vista computazionale per allineare quelle sequenze dove possiamo essere più sicuri di allineare posizioni che riflettono accuratamente l’evoluzione».

Ulteriori analisi realizzate utilizzando rappresentazioni 3D delle strutture di sequenza e dell’allineamento hanno rivelato che «Il  cluster di 5.500 nuove specie non rientrava nei 5 phyla esistenti di virus a RNA classificati nel regno degli Orthornavirae» e Zayd spiega a sua volta: «Abbiamo confrontato i nostri cluster con taxa consolidati e riconosciuti basati sulla filogenesi, ed è così che abbiamo scoperto di avere più cluster di quelli esistenti».

In tutto, i risultati hanno portato i ricercatori a proporre non solo i 5 nuovi phyla, ma anche almeno 11 nuove classi di virus a RNA orthornaviran. Il team sta preparando una proposta per richiedere la formalizzazione dei phyla e delle classi candidati da parte dell’ICTV. Zayed conclude: «L’entità dei nuovi dati sulla divergenza del gene RdRp nel tempo porta a una migliore comprensione di come la vita primigenia potrebbe essersi evoluta sul pianeta. RdRp dovrebbe essere uno dei geni più antichi: esisteva prima che ci fosse bisogno del DNA. Quindi non stiamo solo tracciando le origini dei virus, ma stiamo anche tracciando le origini della vita».