Naukowcy odkryli 40 tys. nowych wirusów

W ramach globalnego projektu badawczego przebadano próbki w 31 krajach. Badacze wykorzystali techniki badań genetycznych przy użyciu narzędzia opracowanego na Uniwersytecie w São Paulo (Brazylia). Szczegóły opisano w tekście „Diversity and distinctive characteristics of the global RNA virome in urban and peri-urban environments”¹ opublikowanym w „Nature Communications”.

Atlas wirusów w środowiskach miejskich i podmiejskich

Wyniki badania oparto na analizie 2922 próbek pobranych w 102 miastach (w tym w Sao Paulo) w 31 krajach. Międzynarodowy zespół wykorzystał te dane do stworzenia atlasu UPVAtlas (Urban and Peri-urban RNA Virus Atlas – Atlas wirusów RNA w środowiskach miejskich i podmiejskich). Skatalogowano w nim 54 945 gatunków wirusów, z których 77 proc. nie było wcześniej opisanych.

Prace badawcze koncentrowały się na wirusach RNA, które przechowują swoje instrukcje genetyczne w cząsteczkach RNA, a nie w DNA. Wirusy te wywołują wiele chorób, takich jak denga, zika, grypa, żółta febra czy – w ostatnim czasie – COVID-19. Znaczna część dotychczasowej wiedzy na temat tej grupy wirusów pochodzi właśnie z badań nad tymi schorzeniami.

– Znaliśmy już wiele wirusów wywołujących choroby, jednak nie docenialiśmy różnorodności tych występujących w przyrodzie. Jeśli poszukujemy wirusa w kontekście konkretnej choroby, pomijamy wszystkie te, które nie wywołują chorób. Gdy natomiast analizujemy skład próbki bez takiego założenia, zyskujemy znacznie szerszy obraz – podkreślił Antônio Pedro Camargo, profesor w Katedrze Biochemii Instytutu Chemii Uniwersytetu w São Paulo (IQ-USP) i jeden z autorów badania.

Konsorcjum MetaSUB, które bada mikrobiom środowisk miejskich, zgromadziło większość materiału – 1862 z 2922 próbek. Próbki te zostały uzyskane w czasie pandemii, od marca do lipca 2020 r., zgodnie ze standaryzowanym protokołem. Wymazy pobierano z powierzchni często dotykanych przez ludzi, takich jak poręcze, ławki czy automaty biletowe. Pozostałe próbki pochodzą z publicznej bazy danych i reprezentują różne elementy środowiska miejskiego, w tym glebę, osady, wody słodkie, ścieki oraz obiekty takie jak szklarnie.

Materiały poddano analizie metodą metatranskryptomiki, która umożliwia jednoczesne sekwencjonowanie wszystkich cząsteczek RNA obecnych w danej próbce.

– Wyobraźmy sobie garść ziemi. Znajdziemy w niej bakterie, wirusy bakteryjne (bakteriofagi), inne mikroorganizmy, owady – co, tylko można sobie wyobrazić – opowiadał Camargo.

Zamiast izolować każdy organizm z osobna, naukowcy ekstrahują i sekwencjonują cały zestaw RNA obecny w próbce.

W rezultacie uzyskuje się dużą liczbę niezidentyfikowanych fragmentów. – Otrzymujemy mnóstwo fragmentów genomów i początkowo nie wiemy, czym one są. To po prostu sekwencje liter. Wyzwaniem jest ustalenie, do czego odnosi się każdy z tych fragmentów genomu. Czy to bakteria? Wirus? A jeśli wirus, to jakiego typu? – tłumaczył badacz.

Analizę przesiewową przeprowadzono za pomocą geNomad – narzędzia bioinformatycznego opracowanego przez Camargo. Program ten pozwala przetwarzać miliony fragmentów sekwencji materiału genetycznego i określać, które z nich odpowiadają genomom wirusowym.

Wirusy RNA bez tajemnic

Aby uporządkować swoje odkrycia, naukowcy porównali sekwencje enzymu obecnego we wszystkich wirusach RNA – polimerazy RNA zależnej od RNA (RdRP), która odpowiada za replikację wirusów – a następnie zrekonstruowali relacje filogenetyczne między nimi. Niektóre sekwencje były tak odmienne od wszystkiego, co opisano wcześniej, że autorzy zaproponowali utworzenie nowych kategorii, aby je sklasyfikować – w tym dwóch typów (phyla), nowej klasy oraz kilku grup niesklasyfikowanych. Propozycja ma charakter wstępny.

– Wszystko opiera się na obliczeniach. Potrzeba więcej danych, aby móc formalnie stwierdzić, że są to rzeczywiście zupełnie nowe grupy – stwieridzł Camargo.

Badanie ujawniło zaledwie ułamek rzeczywistej różnorodności drobnoustrojów. Krzywe akumulacji, które mierzą liczbę wcześniej nieznanych wirusów pojawiających się wraz z każdą kolejną analizowaną próbką, w zasadzie w żadnym przypadku nie osiągnęły stabilizacji. Świadczy to, że skatalogowane blisko 55 tys. wirusów stanowi jedynie niewielką część tego, co faktycznie występuje w tych miejscach.

– Mamy do czynienia ze znacznie większym poziomem różnorodności wirusów, niż dotychczas sądziliśmy. Uważam, że to najważniejszy wniosek płynący z tego artykułu – podkreślił Camargo.

Niektóre wirusy mogą pomóc w walce z groźnymi bakteriami

Jak zastrzegają autorzy, odkrycie nie oznacza, że miasta są pełne nowych wirusów zdolnych do wywoływania chorób u ludzi. Jedynie w przypadku około jednej trzeciej sekwencji udało się zidentyfikować potencjalnych gospodarzy, a ponad połowa z nich to wirusy atakujące bakterie.

Nieliczne mogą jednak infekować kręgowce. Porównując uzyskane dane z bazą Global Virome in One Network (VIRION), która gromadzi udokumentowane powiązania między wirusami a kręgowcami, autorzy zidentyfikowali 60 wirusów o wysokim prawdopodobieństwie infekowania ludzi oraz 47 wirusów mogących zakażać inne ssaki. Spośród tych 60 wirusów, 19 wykryto w środowisku miejskim, a 34 w próbkach pobranych od zwierząt.

Zidentyfikowano również 166 bakteriofagów – wirusów wyspecjalizowanych w atakowaniu i niszczeniu bakterii. Mogą one infekować cztery szczepy z grupy ESKAPE, do której należą mikroorganizmy o dużym znaczeniu klinicznym, takie jak gronkowiec złocisty (Staphylococcus aureus). Według autorów badania, odkrycie to może stanowić podstawę do dalszych prac nad wykorzystaniem tych wirusów w zwalczaniu wspomnianych patogenów, w ramach metody znanej jako terapia fagowa.

Różnorodność wirusów w przestrzeni miejskiej

Ogólnie rzecz biorąc, na powierzchniach w przestrzeni miejskiej – takich jak ulice, placówki bankowe, stacje czy sklepy – odnotowano mniejszą różnorodność wirusów niż w środowiskach naturalnych, na przykład w glebie czy osadach. Zdaniem autorów wskazuje to na fakt, że działalność człowieka prowadzi do ujednolicenia (homogenizacji) tych zbiorowisk. Wyjątek stanowiły ścieki, w których stwierdzono jeden z najwyższych poziomów różnorodności. Fakt ten potwierdza przydatność ścieków w monitoringu środowiskowym.

W próbkach pobranych w placówkach medycznych w São Paulo w Brazylii oraz Islamabadzie w Pakistanie odnotowano większą liczebność wirusów chorobotwórczych dla kręgowców niż w próbkach z Baltimore w USA czy Seulu w Korei Południowej. Camargo zaleca jednak ostrożność w interpretacji tych danych.

– Bardzo trudno wyciągnąć z tego jakiekolwiek wnioski biologiczne. Może to być po prostu kwestia sposobu pobierania próbek. Samo badanie również wskazuje na to ograniczenie – niektóre kraje reprezentowane są tylko przez jedno środowisko, co uniemożliwia rozdzielenie wpływu konkretnej lokalizacji od wpływu danego kraju – podsumował naukowiec.

Przypis:

1. www.nature.com/73605.

Przeczytaj także: „Jak ulepszyć szczepionki przeciw grypie”.