Óriásvírusokat találtak tudósok a talajban

A vírusok a legkisebb önmásoló biológiai gépezetek, de a törpék között is akadnak óriások. A „szokásos" vírusoknál több százszorta nagyobb óriásvírusokat eddig ritkaságnak tartották, de a jelek szerint közönségesebbek, mint gondoltuk.

A vírusokat a tudomány úgy szokta jellemezni, mint a legkisebb – nemcsak az emberi sejteknél, de a tipikus baktériumsejteknél is jóval parányibb – fertőző ágenseket. Képzelhetjük hát Jeff Blanchard biológus és doktorandusz hallgatója, Lauren Alteio meglepődését, amikor a petershami (Massachusetts, USA) Harvard-erdő talajmintáiban

egyszerre 16 különböző óriásvírusra akadtak,

amelyek méretben körülbelül úgy viszonylanak a szokásos vírusokhoz, mint egy hőlégballon a vidámparki lufihoz.

16 új óriásvírus akadt horogra

Egyáltalán nem óriásvírusokat kerestünk

– meséli Blanchard, a Massachusetts-i Egyetem munkatársa, aki az USA Energiaügyi Minisztériumának genomkutató intézetével (U. S. Department of Energy Joint Genome Institute, DOE JGI) együttműködésben dolgozik. – Azért indultunk, hogy közvetlenül a természetből baktériumokat izoláljunk, mert a mikrobiális közösségek talajfelmelegedésre bekövetkező változásait szeretnénk megérteni." Ehhez a munkához a kutatók a talajból származó mikrobiális sejteket enyhe detergens-hatású oldatban vették fel, és egy nem mérgező DNS-kötő fluoreszcens festék hozzáadása után egy fluoreszcencia-aktiválta sejtleválogatóban (fluorescence-activated cell sorter, vagy FACS-berendezés) válogatták szét az egyedi sejteket. S mivel az óriásvírusok a többi vírushoz képest több százszoros méretűek és hatalmas genetikai állománnyal bírnak, ezzel a módszerrel vizsgálva a baktériumsejtek mellett ők is fennakadtak a rostán.

A JGI Walnut Creek-i (Kalifornia) intézetében dolgozó Tanja Woyke javaslatára a leválogatott sejteket – s köztük a vírusokat – egy új stratégiával, egyfajta mini-metagenomikai módszerrel azonosították: nem egyenként elemezték őket, hanem kis csoportokba fogták őket össze, mielőtt megszekvenálták és számítógéppel összeillesztették a genomjaikat.

Ennek eredményeként több mint 2000 egyedi sejt, illetve vírusrészecske DNS-szekvenciáját tudták rövid idő alatt és költséghatékonyan meghatározni.

A teljes mintában összesen 16 új óriásvírust fedeztek fel, ami – Blanchard szavaival élve – „csodás meglepetés és roppant izgalmas új tudományos eredmény" volt.

Illusztráció egy óriásvírusról Forrás: Ella Maru studio/Joint Genome Institute

Kincsesláda az erdő mélyén

A Nature Communications folyóiratban megjelent cikk társszerzője és a JGI bioinformatikusa, Frederik Schulz segített Alteiónak a mini-metagenomikai adatok értelmezésében, az új baktérium- és ősbaktérium-fajok, valamint a vírusok azonosításában. „Különösen azért volt meglepő, hogy ezeket az óriásvírus-genomokat egy talajmintában találtuk meg, mert a korábban leírt óriásvírusok többségét vízi élőhelyeken fedezték fel – mondta el Schulz. – Ez az egy mintavételi helyről származó metagenomikai adathalmaz egymagában jóval több óriásvírus-genomot tartalmaz, mint bármelyik másik, amit eddig láttam."

A kutatásaink általában a talaj felmelegedésének hatásaira irányulnak, de most, hogy ezzel a mini-metagenomikai megközelítéssel a virális és bakteriális biodiverzitás valóságos kincsesládája nyílt meg előttünk, benne olyan fajcsoportokkal, amiket rendszerint nem a talajhoz kapcsolunk, nyilván egy sor titoknak fogunk a nyomába eredni"

– tette hozzá Blanchard.

A most felfedezett 16 új faj több mint 20 százalékkal szélesíti az óriásvírusok eddig ismert törzsfáját, mivel az egyes fajok a leszármazási fa egymástól távoli ágain ülnek. „Ebben a tanulmányban 16 különböző óriásvírus-genomot tártunk fel, de még mindig csak a felszínt kapargatjuk. Ha ugyanerről a mintavételi helyről több mintát hozunk el, ez a szám könnyen megkétszereződhetett, vagy akár három-négyszeresére emelkedhetett volna" – állítja Schulz. A szerzők kiemelik: ez az eredmény jól illusztrálja, hogy az új módszerek használata kulcsfontosságú felfedezésekhez nyithatja meg az utat.

Az óriásvírusok felfedezése a Massachusetts-i Egyetem amhursti kampuszától mintegy 45 kilométerre északkeletre, az egyetem kutatóerdejében történt, ahol hosszú évek óta zajlanak a talajmelegedést vizsgáló kísérletek. Kijelölt területeken az erdő talajfelszíne alatt 10 centiméteres mélységben fűtőszálak futnak – ahhoz hasonlóak, amilyenekkel a sportpályák lefagyását megakadályozzák –, s e fűtőszálak a környezetnél 5 fokkal melegebbre állítják be a talaj hőmérsékletét.

Ezzel a tudósok tulajdonképpen egy nyíltszíni laboratóriumot hoztak létre, ahol a klímaváltozás várható hatásai mesterségesen modellezhetők.

A kutatócsoport munka közben Forrás: Harvard Forest/Andrew McDevitt

Egy marék föld elég volt a csodához

Az óriásvírusok kutatása rendszerint úgy zajlik, hogy laboratóriumban a vírusok fertőzésére fogékony egysejtűeket – például amőbákat – tenyésztenek, ami elég munkaigényes művelet. „Meglehetősen nehéz ezekkel az egysejtű-tenyészetekkel dolgozni, ráadásul csak azokat a vírusokat tudjuk így fenntartani, amelyek az adott gazdaszervezetben szaporodnak – jegyzi meg Blanchard. – Millióféle lehetséges gazdaszervezet van, úgyhogy ezt a fajta megközelítést lehetetlenség volna mindegyikükkel végigpróbálgatni. Ezzel szemben ha közvetlenül a természetből izoláljuk a vírusokat, és mini-metagenomikával azonosítjuk őket, sokkal alacsonyabb költség mellett jutunk genomikai adatokhoz."

„Tanja híres arról, hogy laboratóriumban nehezen tenyészthető organizmusok genomjait környezeti mintákból szekvenálja, és neki volt az a megérzése, hogy ha ezt a módszert követjük, az élet egészen új ágait fogjuk felderíteni – mondta el a kutató. – S bár ezzel az eljárással nem tudtuk meg, hogyan is néznek ki az óriásvírusaink, a jövőben bárki megismételheti a kísérletünket úgy, hogy a leválogatás után mikroszkópi képeket készít a vírusrészecskékről."

A mikrobiológus kiemelte:

nem egyszerűen az történt, hogy felfedeztek egy sor új óriásvírust, hanem hogy mindehhez csupán egy maréknyi talajra volt szükségük.

Blanchard egyelőre nemigen látja a végét ennek a projektnek: „Csodás lenne őket egyenként végigjellemezgetni – gyönyörű, rengeteg ügyességet és hozzáértést igénylő munka volna. Csakhogy hosszú évekig eltartana. Nekünk még tizenhatot egyszerre felfedezni is kicsit túl sok egyszerre, mert ahány, annyi féle. És akkor most képzeljük el, mennyi talaj van a világon, és hogy egyetlen grammnyi talajban 10 ezer különféle baktériumfaj is élhet. Vajon hány új óriásvírusra számíthatunk még?"

A kutatók olyan neveket kerestek a frissen felfedezett vírusfajoknak, amelyek valamiképpen tükrözik azok erdei eredetét: Dasovirus a görögül erdőt jelentő dasos¬-ból, Solumvirus a latinul talajt jelentő solum-ból – sőt, a Harvard-erdő tiszteletére a Harvovirus nevet is javasolják az egyik új faj számára.