ビーチで泳いでいるときに一口の海水を飲み込むたびに、北米の人口とほぼ同じ数のウイルスに感染しています。
しかし、海洋ウイルスの驚異的な量と、これらの感染性病原体が炭素循環のような地球規模のプロセスで果たしていると思われる重要な役割にもかかわらず、科学者はそこにいるさまざまなウイルスについてまだほとんど知りません. 2015 年に、チームは海洋中の 5,476 種類のウイルスを記録しました。 2016 年、同じチームがその数を 15,222 に更新しました。
しかし、今日 Cell で発表された研究では 、その数は 195,728 の異なるウイルス集団に急増し、12 倍以上の増加です。
「これは非常に驚くべき研究です」と、ノースカロライナ大学グリーンズボロ校の微生物ゲノミストである Louis-Marie Bobay 氏は述べています。 「私たちは海の大部分におけるウイルスの生態についてほとんど知りません。これは、これまでに収集された中で最も印象的でグローバルなデータの一部です。」
12 倍の飛躍は、野心的な地球規模のサンプリング調査とより高度なゲノム解析によって可能になりました。
海は地球の 70% を占めていますが、数年前まで、海洋ウイルスの多様性に関するほとんどの知識は、よく研究されたいくつかの場所から得られたものにすぎませんでした。それは、世界中でサンプリングすることにより、海洋微生物とウイルスの多様性のより完全な目録を求めたタラ海洋プロジェクトで変わりました.スクーナーのタラ号は海を一周し、海面から深海、極点から極点までサンプルを収集しました。新しい研究には、2015 年と 2016 年の研究では使用されなかった北極の 43 か所からのサンプルが含まれていました。
新しいウイルス集団の約 40% は、新しい北極のサンプルに由来します。残りは、以前の研究に使用されたタラのサンプルの再分析から得られました。 「DNA のチャンクからウイルス ゲノムを組み立てるために使用するアルゴリズムは、はるかに優れています」と、ベルギーのルーヴェン カトリック大学の微生物生態学者であり、この研究の筆頭著者の 1 人であるアン グレゴリーは述べています。
Gregory と彼女の同僚は、断片から DNA の鎖をつなぎ合わせるだけでなく、彼らが見ているさまざまなウイルスゲノムを分類する方法を決定しなければなりませんでした。ウイルスの「種」の定義は、ウイルスが無性的に繁殖し、頻繁にお互いや宿主との間で DNA を交換するため、議論の余地があります。ウイルスには、独立して複製するために必要な機構が含まれていないため、一部の生物学者は、ウイルスが完全に「生きている」とさえ考えていません。
種の代わりに、グレゴリーはウイルスを「集団」に分類しました。「集団」では、「ウイルスのグループ間よりもグループ内の遺伝子の流れが多い」.配列決定されたウイルスが少なくとも 95% の DNA を共有している場合、彼女はそれらを同じ個別集団のメンバーと呼んだ.
この方法により、約 200,000 の人口が得られました。それらの約 90% は既知のウイルス分類法にマッピングできず、科学にとってまったく新しいものになっています。また、ウイルスは伝統的に Homo のように属に分類されていませんが、 人間またはブドウ球菌 ブドウ球菌の場合、Gregory は、彼らがサンプリングした個体群の多様性は、多くの新しい属のオーダーであると結論付けました.
さらに研究者らは、北極、南極、温帯および熱帯の表面、温帯および熱帯の亜表面、および深海の温度と深さに基づいて、異なる海洋生態学的ゾーンにマッピングされた5つのコミュニティレベルのウイルスグループの存在を推測しました。これらのコミュニティのゲノム内で、研究者は各生態ゾーンへの遺伝的適応の証拠を発見しました。 「温度は、コミュニティ構造の最大の予測因子でした」と、分析を共同で主導したオハイオ州立大学の大学院生である Ahmed Zayed は述べています。さまざまな温度がさまざまな種類の微生物宿主コミュニティをサポートし、それに応じてウイルスが適応する、とザイードは説明しました。
世界的に、ウイルス間で観察された生物多様性のパターンは、確立された生態学的傾向と幾分衝突します。 「多様性は赤道で最も高く、極に近づくにつれて減少するというパラダイムがあります」とザイードは言いました。研究者たちは、赤道で多様性が増していることを発見しましたが、北極でも驚くべき量の多様性を発見しました.
「北極が生物多様性のホットスポットであることに驚きました。これらの海域は気候変動により地球上で最も急速に変化しているため、特に関連性があります」と、オハイオ州の微生物学者であり、勉強。グレゴリー氏は、なぜ北極圏がこれほどまでに多様なのかを理解するには、さらに研究を行う必要があると述べたが、それはこれらの冷たい海に生息する小さな宿主細胞に関係している可能性があると考えている. 「ホストが小さいということは、ホストが増えることを意味し、ウイルスが多様化する機会が増えることを意味する可能性があります。」
研究者が今から数年後に品種が再び大幅に増加することを期待しているかどうかについては、サリバン氏はそうは考えていません。 「もっと発見があると思いますか？もちろん、現時点では、この方法で大量のウイルスを大部分捕捉できていることを期待しています」と彼は言い、「少なくとも、まったく異なる選択圧を持つまったく新しい環境に入るまでは」と付け加えました。 /P>
ブリティッシュ コロンビア大学の微生物生態学者であるカーティス サトル氏によると、ウイルスは地球の生物圏と大気の間で炭素が移動する炭素循環を含む地球規模の生物地球化学的循環において主要な役割を果たしています。 「私は長い間、海洋ウイルスが非常に重要であると主張してきました」と、新しい研究には関与していないサトルは述べた. 「この種のデータをコミュニティに公開することは、グローバル プロセスにおけるウイルスの役割を理解する上で非常に重要です。」
サトル氏は、海洋は現在、人間が排出する二酸化炭素の約半分を吸収しており、吸収される二酸化炭素の量は増え続けていると説明しました。ウイルスは飽和レベルに影響を与えます。サトル氏によると、世界の細菌数の 20 ～ 40% が毎日ウイルスによって殺されています。細菌がウイルス感染によって殺されると、その細胞壁が爆発します。 「そのバクテリアを作ったすべての炭素は海に放出されます」と彼は言い、炭素の一部は最終的に海の奥深くに隔離されます.
サトル氏によると、一部の科学者は、ウイルスがいつか炭素循環を微調整し、大気中の二酸化炭素の量を減らすために使用される可能性があると推測しています。感染症を治療するための抗生物質に代わるものとしてファージ療法を研究しているときにウイルスに興味を持つようになったザイードは、この潜在的に危険な地球工学計画を「環境のためのファージ療法」と呼んでいます。
ウイルスの発見が実用化されるかどうかにかかわらず、ミシガン大学の微生物生態学者であるメリッサ・デュハイムは、新しい研究の純粋な「クールな要素」に興奮しています. 「このような新しいデータを最初に見始めると、火星に着陸して初めて周りを見回すようなものです」と Duhaime 氏は言いました。
