Naukowcy odkrywają tajny czynnik wywołujący zmiany klimatyczne

Badanie pokazuje, że po zakażeniu mikroorganizmy zawierają nowe geny wytwarzające metan.

Niedawne badanie pokazuje, że wirusy infekujące drobnoustroje przyczyniają się do zmiany klimatu, odgrywając kluczową rolę w obiegu metanu, silnego gazu cieplarnianego, w środowisku.

Analizując prawie 1000 grup metagenomicznych DNA Na podstawie danych z 15 różnych siedlisk, od różnych jezior po wnętrze żołądka krowy, naukowcy odkryli, że wirusy drobnoustrojowe noszą specjalne elementy genetyczne kontrolujące procesy metanu, zwane dodatkowymi genami metabolicznymi (AMG). W zależności od tego, gdzie żyją organizmy, liczba tych genów może się różnić, co sugeruje, że potencjalny wpływ wirusów na środowisko różni się również w zależności od ich siedliska.

Odkrycie to wnosi istotny wkład w lepsze zrozumienie interakcji metanu i jego przemieszczania się w różnych ekosystemach, powiedział Zhiping Zhong, główny autor badania i pracownik naukowy w Byrd Polar and Climate Research Center na Uniwersytecie Stanowym Ohio.

„Ważne jest, aby zrozumieć, w jaki sposób mikroorganizmy napędzają procesy metanu” – powiedział Zhong, który jest także mikrobiologiem, którego badania badają ewolucję drobnoustrojów w różnorodnych środowiskach. „Wkład drobnoustrojów w metabolizm metanu bada się od dziesięcioleci, ale badania w dziedzinie wirusów pozostają w dużej mierze niedostatecznie zbadane i chcemy dowiedzieć się więcej”.

Badanie opublikowano w czasopiśmie Komunikacja przyrodnicza.

Rola wirusów w emisji gazów cieplarnianych

Wirusy pomogły w napędzaniu wszystkich procesów ekologicznych, biogeochemicznych i ewolucyjnych na Ziemi, ale naukowcy dopiero stosunkowo niedawno zaczęli badać ich powiązania ze zmianami klimatycznymi. Na przykład metan jest drugim po dwutlenku węgla największym czynnikiem powodującym emisję gazów cieplarnianych, ale jest wytwarzany głównie przez organizmy jednokomórkowe zwane archeonami.

„Wirusy są najliczniejszą jednostką biologiczną na Ziemi” – powiedział Matthew Sullivan, współautor badania i profesor mikrobiologii w Centrum Nauk o Mikrobiomie stanu Ohio. „W tym miejscu poszerzamy naszą wiedzę o ich skutkach, dodając geny cyklu metanowego do długiej listy genów wirus– Zakodowane geny metaboliczne. Nasz zespół starał się odpowiedzieć na pytanie, w jakim stopniu wirusy „metabolizmu drobnoustrojów” faktycznie manipulują podczas infekcji.

Chociaż obecnie dobrze znana jest kluczowa rola, jaką drobnoustroje odgrywają w przyspieszaniu globalnego ocieplenia, niewiele wiadomo na temat wpływu genów związanych z metabolizmem metanu, kodowanych przez wirusy infekujące te drobnoustroje, na produkcję metanu, powiedział Zhong. Rozwiązanie tej zagadki skłoniło Zhonga i jego współpracowników do spędzenia prawie dziesięciu lat na zbieraniu i analizowaniu próbek DNA drobnoustrojów i wirusów z unikalnych rezerwuarów drobnoustrojów.

Jednym z najważniejszych miejsc, które zespół wybrał do badań, jest Jezioro Vranskie, które jest częścią rezerwatu przyrody w Chorwacji. W bogatych w metan osadach jeziornych naukowcy odkryli mnóstwo genów drobnoustrojów, które wpływają na produkcję i utlenianie metanu. Ponadto zbadali różnorodne społeczności wirusowe i odkryli 13 typów AMG, które pomagają regulować metabolizm żywiciela. Nie ma jednak dowodów na to, że wirusy te bezpośrednio kodują same geny metabolizmu metanu, co sugeruje, że potencjalny wpływ wirusów na cykl metanowy różni się w zależności od ich siedliska, powiedział Zhong.

Wpływ na zwierzęta gospodarskie i środowisko

Ogólnie rzecz biorąc, badanie wykazało, że większą liczbę AMG metabolizowanych z metanem częściej można znaleźć w środowiskach związanych z żywicielem, takich jak wnętrze żołądka krowy, podczas gdy mniej tych genów występuje w siedliskach środowiskowych, takich jak osady jeziorne. Ponieważ krowy i inne zwierzęta gospodarskie są również odpowiedzialne za wytwarzanie około 40% globalnej emisji metanu, ich prace sugerują, że złożone relacje między wirusami, organizmami i środowiskiem jako całością mogą być bardziej skomplikowane, niż wcześniej sądzono.

„Te odkrycia sugerują, że globalne skutki powodowane przez wirusy są niedoceniane i zasługują na większą uwagę” – stwierdził Zhong.

Chociaż nie jest jasne, czy działalność człowieka wpłynęła na ewolucję tych wirusów, zespół spodziewa się, że nowe wnioski wynikające z tych prac podniosą świadomość na temat siły czynników zakaźnych zamieszkujących całe życie na Ziemi. Aby jednak w dalszym ciągu poznawać wewnętrzne mechanizmy tych wirusów, potrzebnych będzie więcej eksperymentów, aby lepiej zrozumieć ich wkład w cykl metanowy na Ziemi, powiedział Zhong, zwłaszcza że naukowcy pracują nad znalezieniem sposobów na ograniczenie emisji metanu powodowanej przez drobnoustroje.

„Ta praca stanowi pierwszy krok w zrozumieniu wirusowego wpływu zmian klimatycznych” – powiedział. „Nadal musimy się wiele nauczyć”.

Odniesienie: „Wirusowy potencjał modulowania metabolizmu metanu przez drobnoustroje różni się w zależności od siedliska” Zhi-Ping Zhong, Jingjie Du, Stephan Köstlbacher, Petra Pjevac, Sandi Orlić i Matthew B. Sullivan, 29 lutego 2024 r., Komunikacja przyrodnicza.
doi: 10.1038/s41467-024-46109-x

Prace te były wspierane przez Narodową Fundację Nauki, Chorwacką Fundację Nauki, Fundację Gordona i Betty Moore, Fundację Hysing-Simons, Unię Europejską i Departament Energii Stanów Zjednoczonych. Współautorami są Jinji Du ze stanu Ohio, a także Stefan Kostelbaker i Petra Bejevac z Uniwersytetu Wiedeńskiego oraz Sandy Orlich z Instytutu Rudera Boškovicia.