البحث عن الفيروسات العملاقة في المحيط

خطر غامض يواجه ازدهار الطحالب في المحيطات: الفيروسات العملاقة. تتيح طريقة "الكشف الجنائي" الجديدة تحديد بصمات الفيروسات الكبيرة في الطحالب الصغيرة المحددة التي تهاجمها

قالوا إنهم أتوا من الفضاء الخارجي، وأنهم في الواقع بكتيريا وأنهم يتحدىون تعريف الفيروسات ذاته. على الرغم من أنها لم تكن معروفة للعلم على الإطلاق حتى بداية القرن الحادي والعشرين، إلا أن الفيروسات العملاقة (الفيروسات العملاقة)، ​​أو الجيروسكوبات بمودة، موجودة لتبقى. وفي حين أن معظم الفيروسات تحتوي على القليل من المادة الوراثية، اللازمة لإنتاج عدد قليل فقط من البروتينات، فإن الاكتشافات التي تمت منذ حوالي عقدين من الزمن أشارت إلى وجود فيروسات تحتوي على الكثير من المواد الوراثية - بما يصل إلى 21 مرة من الفيروسات الأخرى - وأن حجمها يتجاوز أن بعض البكتيريا.

تم العثور على العديد من الفيروسات العملاقة في المحيطات، حيث تصيب، من بين أشياء أخرى، أنواعًا مختلفة من الطحالب وحيدة الخلية - وهي مخلوقات التمثيل الضوئي المسؤولة، من بين أمور أخرى، عن حوالي نصف عمل إنتاج الأكسجين وتثبيت الكربون في عالمنا. . وتستطيع الفيروسات العملاقة أن تتسبب في انهيار سريع للطحالب التي تمتد لعشرات الآلاف من الكيلومترات في المحيطات، وبالتالي تؤثر على النظم البيئية الواسعة في البحر والجو والأرض. ومع ذلك، هناك الكثير مخفي عن المرئي عندما يتعلق الأمر بالعوائل الطبيعية للفيروسات العملاقة - أي تلك الأنواع البحرية المحددة التي يميل كل فيروس إلى إصابتها. في دراسة جديدة في مختبر البروفيسور عساف فيردي ومن قسم علوم النبات والبيئة في معهد وايزمان للعلوم، استخدم الباحثون تقنية تسلسل الحمض النووي الريبوزي (RNA) على مستوى الخلية الواحدة في العينات التي تم جمعها أثناء ازدهار الطحالب في المضايق في النرويج، وبالتالي رسموا خرائط تفصيلية غير مسبوقة للعلاقات بين الفيروسات العملاقة و أنواع الطحالب تصيب كل منها.

""تؤدي عمليات تغير المناخ إلى إطلاق مسببات الأمراض القديمة من ذوبان الأنهار الجليدية في القطبين. وستجعل الطريقة الجديدة من الممكن التعرف عليها بسهولة أكبر وبالتالي تقييم التهديد البيئي الذي تشكله".

حتى وقت قريب، كانت الطريقة الأكثر فعالية لفحص أعداد الفيروسات والطحالب في الماء هي فحص جميع المواد الوراثية في عينات مليئة بالمخلوقات والفيروسات المعزولة من المحيط. يوضح البروفيسور فيردي: "لقد طورت دراسات من هذا النوع معرفتنا بتوزيع الطحالب والفيروسات في الماء، لكنها قدمت معلومات مفقودة". "يمكننا أن نتعلم منهم عن تنوع الأنواع الشائعة في العينة، لكننا لم نتمكن من اكتشاف العدوى النشطة وبالتالي كانت قدرتنا محدودة على قياس تأثير الفيروسات على الطفح الجلدي وانهيارها. كما لم يكن لدينا القدرة على تحديد المجموعات السكانية الأقل شيوعًا في العينة، ومن هو المضيف الطبيعي لكل فيروس، وما إذا كانت الفيروسات موجودة بشكل نشط في الخلايا."

للتغلب على هذه القيود، وفحص العلاقات كما هي موجودة في البيئة الطبيعية، أبحر الباحثون إلى المضايق النرويجية وقاموا بشكل استباقي بتحفيز تكاثر الطحالب في مواقعهم الطبيعية عن طريق إضافة العناصر الغذائية إلى الماء وتقليد الظروف التي تؤدي إلى الازدهار. وعندما عادوا إلى المختبر، قاموا بتسلسل الحمض النووي الريبوزي (RNA) للخلايا الموجودة في العينات، أي الجزيئات التي تشير إلى الجينات النشطة في الكائنات الحية التي تم أخذ عينات منها في وقت معين. وعلى النقيض من تسلسل الحمض النووي الريبوزي (RNA) الطبيعي، حيث يتم دمج كل الحمض النووي الريبي (RNA) من جميع الكائنات الحية الموجودة في العينة في "هريس" واحد، استخدم الباحثون التسلسل على مستوى الخلية الواحدة - وهي طريقة متقدمة وعالية الدقة تسمح للباحثين بوضع علامات على كل خلية، وتحديد R-AN الذي ظهر فيها فقط.

وبفضل التسلسل، تمكن الباحثون من تحديد الجينات النشطة في الخلايا ومقارنتها بقواعد البيانات الموجودة لتحديد الأنواع التي تنتمي إليها كل الطحالب في العينات. لكن الباحثين لم يكونوا راضين عن رسم خريطة للمضيفين، بل طالبوا باستلام قائمة الضيوف أيضًا. يوضح أمير فروم، طالب الدكتوراه في مختبر البروفيسور فيردي، والذي قاد البحث: "لقد أدركنا أنه من خلال التحليل الدقيق للحمض النووي الريبوزي (RNA) يمكننا استخلاص معلومات مزدوجة من البيانات - ليس فقط لتحديد نوع الطحالب، ولكن أيضًا". وأيضًا لتمييز ما إذا كانت الطحالب مصابة بفيروس عملاق، وإذا كان الأمر كذلك، فما هو نوع هذا الفيروس العملاق". قبل الدراسة، لم تكن هناك قاعدة بيانات لتصنيف الفيروسات العملاقة التي تصيب الطحالب، لذلك لجأ الباحثون إلى خبير تطور الفيروسات من جامعة فرجينيا للتكنولوجيا، البروفيسور فرانك إيلوارد، الذي قام مع فريقه بوضع قاعدة بيانات فريدة لتحديد الفيروسات العملاقة على أساس الحمض النووي الريبي المستخرج من الخلايا.

من بين عشرات الآلاف من الخلايا التي تم فحصها، كان العديد منها ينتمي إلى الطحالب السائدة في تلك الزهرة، إميليانيا هكسليي أن الفيروس العملاق الذي يصيبها قد تم التعرف عليه بالفعل بواسطة مختبر فيردي في مجال البحوث نشرت مؤخرا. هذه المرة ركز المختبر على أزواج الفيروسات المضيفة التي ظهرت بكميات ضئيلة في العينات. وفي المجمل، وجد الباحثون 972 خلية مصابة، منها 71 لا تنتمي إلى الطحالب السائدة في الإزهار، بما في ذلك عدة أزواج من العوائل والفيروسات العملاقة التي لم تكن معروفة حتى الآن؛ على سبيل المثال، اكتشفوا أن فيروس Imitervirales-07 يصيب خلايا من عائلة Katablepharidaceae. وعندما فحص الباحثون الحمض النووي الريبي (RNA) للفيروس في هذه الخلايا، اكتشفوا أنه يعمل على إنتاج بروتينات تؤثر بشكل مباشر على مصير الخلايا، بما في ذلك البروتينات التي يمكن أن تدفع الخلايا إلى الانتحار (موت الخلية المبرمج) - وهو تأثير فيروسي غير مسبوق على الخلية المضيفة. بالإضافة إلى ذلك، وجد الباحثون دليلًا دامغًا: فقد أظهروا وجود صلة بين ظهور الفيروس في العينات التي تم اختبارها وانهيار أعداد الطحالب المضيفة بعد ذلك بوقت قصير.

بعد أن نجحوا في مواجهة التحدي الحسابي المتمثل في تحديد خصائص الخلايا المصابة بعينات من كمية صغيرة من الحمض النووي الريبي (RNA)، يعتقد الباحثون أن الطريقة التي طوروها سيتم استخدامها أيضًا لتحديد العلاقات بين الطحالب والفيروسات وغيرها من العوامل المسببة للأمراض (مسببات الأمراض) في مناطق أخرى في العالم، بما في ذلك البيئات المناخية القاسية مثل القطبين وبحيرات جبال الألب. يقول البروفيسور فاردي: "تؤدي عمليات تغير المناخ إلى إطلاق مسببات الأمراض القديمة من ذوبان الأنهار الجليدية في القطبين. وستجعل الطريقة الجديدة من الممكن التعرف عليها بسهولة أكبر وبالتالي تقييم التهديد البيئي الذي تشكله".

ساهم في البحث الدكتور جور هيبروني والدكتورة فلورا فنسنت والدكتورة دانييلا شاتز من مختبر البروفيسور فيردي في معهد وايزمان للعلوم والدكتورة كارولينا مارتينيز جوتيريز من مختبر البروفيسور إيلوارد في جامعة فرجينيا للتكنولوجيا.