کشف غول های پنهان: پیشرفتی بزرگ در ویروس شناسی دریایی

کشف غول‌های پنهان: دستاوردی مهم در ویروس‌شناسی دریایی

نتایج یک پژوهش برجسته نشان داده که بیش از ۲۳۰ ویروس عظیم ناشناخته، در اعماق اقیانوس‌ها پنهان بوده‌اند و این کشف درک ما از اکوسیستم‌های دریایی را متحول ساخته است. این ویروس‌های بزرگ که اخیراً در نشریه Nature npj Viruses مورد توجه قرار گرفته‌اند، نه تنها بر زندگی میکروبی اقیانوس‌ها تأثیر دارند، بلکه قادرند فرآیند فتوسنتز جلبک‌های دریایی را نیز تغییر دهند؛ فرآیندی کلیدی که پایه سلامت زنجیره غذایی آبزیان و چرخه جهانی کربن را تشکیل می‌دهد.

زمینه علمی: ویروس‌های غول‌پیکر چیستند و چرا اهمیت دارند؟

ویروس‌های غول‌پیکر (معروف به ویروس‌های بزرگ DNA یا NCLDVs) به طور قابل توجهی با ویروس‌های معمول تفاوت دارند و دارای اندازه ژنومی هم‌اندازه برخی باکتری‌ها و صدها ژن هستند. این ویروس‌ها که اغلب به دلیل محدودیت‌های فناوری مورد غفلت واقع شده بودند، اکنون به عنوان عوامل کلیدی در بقا و تکامل پروتیست‌های دریایی شناخته می‌شوند؛ تک‌سلولی‌هایی که در پایه زنجیره غذایی دریاها قرار دارند. این گروه که شامل جلبک‌ها، آمیب‌ها و فلاژلات‌ها است، افزون بر حمایت از اکوسیستم‌های دریایی، از طریق فتوسنتز نقش اساسی در ذخیره‌سازی کربن جهانی ایفا می‌کنند.

هنگامی که ویروس‌های عظیم DNA این پروتیست‌ها را آلوده می‌کنند، عملکرد طبیعی سلولی مختل شده و پیامدهایی مانند انفجار جمعیت (شکوفایی زیان‌بار جلبکی) یا اثرات وسیع‌تر بر شیمی اقیانوس‌ها و سلامت انسان به وجود می‌آید. مدت‌هاست که دانشمندان نقش گسترده‌تر این ویروس‌ها را در تنظیم پویایی اقیانوس، چرخه مواد مغذی و بروز شکوفایی‌های جلبکی که تهدیدی برای جانداران دریایی و اقتصاد سواحل هستند، مطرح کرده‌اند.

جستجوی ویروس‌های پنهان: استفاده از ابررایانه‌ها و فناوریهای نوین

شناسایی ویروس‌های عظیم در محیط‌های پیچیده دریایی مستلزم استفاده از روش‌های پیشرفته محاسباتی بود. تیم تحقیقاتی دانشکده علوم دریایی، جوی و زمین روزنستیل با توسعه و بکارگیری یک پایپ‌لاین پیشرفته بیوانفورماتیکی به نام BEREN (استخراج ویروس‌های یوکاریوتی از متاجنومیک محیطی) و بهره‌گیری از ابررایانه پگاسوس دانشگاه میامی، مجموعه داده‌های متاجنومیک دریایی عظیمی را از آب‌های سراسر جهان ـ از قطب شمال تا جنوب ـ مورد تحلیل قرار دادند.

به کمک BEREN پژوهشگران نه تنها ژنوم‌های ۲۳۰ ویروس غول‌پیکر جدید را شناسایی کردند، بلکه تنوع ژنتیکی و نقش‌های بالقوه عملکردی آن‌ها را نیز ارزیابی نمودند. با مقایسه داده‌ها با پایگاه‌های ژنومی موجود، آن‌ها توانستند ژنوم‌های تازه شناسایی‌شده را شرح داده و سازوکارهای منحصربه‌فرد این ویروس‌ها را کشف کنند.

یافته‌های کلیدی: تغییر عملکرد فتوسنتز و افق‌های نوین زیست‌فناوری

یکی از مهم‌ترین نتایج این تحقیق، شناسایی ۵۳۰ پروتئین عملکردی جدید در ژنوم این ویروس‌ها بود که ۹ مورد آن مستقیماً با فرآیند فتوسنتز مرتبط است. این امر نشان می‌دهد ویروس‌های عظیم تنها به عفونت پروتیست‌های دریایی اکتفا نمی‌کنند، بلکه می‌توانند فرآیند تولید انرژی جلبک‌ها را اصلاح یا حتی ربوده و جریان انرژی در پایه زنجیره غذایی را دگرگون سازند.

دکتر محمد منیروززمان، زیست‌شناس و استادیار بوم‌شناسی دریایی و از نویسندگان این مطالعه گفت: «با تعمیق درک خود از تنوع و نقش اکولوژیکی ویروس‌های غول‌پیکر و روابط آن‌ها با جلبک‌ها و سایر میکروب‌های دریایی، می‌توانیم در پیش‌بینی و حتی مدیریت شکوفایی‌های جلبکی زیان‌بار که سلامت را در فلوریدا و سراسر جهان تهدید می‌کند موفق‌تر باشیم.»

این شکوفایی‌ها با رشد بی‌رویه فیتوپلانکتون‌ها، خساراتی جدی بر شیلات و مناطق تفریحی آبی وارد می‌کنند. یافته‌های جدید می‌تواند بهبود آمادگی و واکنش مناطق مختلف را نسبت به این وقایع و مقابله با تهدیدات نوپدید ویروسی در خلیج‌ها، رودخانه‌ها و دریاچه‌های جهان فراهم آورد.

بنجامین مینیک، نویسنده اول و دانشجوی دکتری، درباره پیامدهای متابولیکی افزود: «ما دریافتیم ویروس‌های عظیم ژن‌هایی مشابه سلول‌های زنده، از جمله ژن‌های متابولیسم کربن و فتوسنتز را دارند. این نشان می‌دهد آن‌ها در هنگام عفونت، متابولیسم سلول میزبان را بازبرنامه‌ریزی کرده و تأثیری مستقیم بر بیوژئوشیمی دریایی دارند.»

پیامدهای گسترده و جهت‌گیری‌های آینده

قابلیت‌های شناسایی‌شده در این ویروس‌های تازه، افق‌های امیدبخشی برای زیست‌فناوری، مانند اکتشاف آنزیم‌های جدید، فراهم آورده است. تحلیل صدها ژنوم جامعه میکروبی توسط محققان با دقتی بی‌سابقه، مسیر راهبردهای جدیدی برای شناسایی، رصد و طبقه‌بندی ویروس‌های نوظهور دریایی ترسیم می‌کند.

پیشرفت‌های مذکور سبب می‌شود سازمان‌های زیست‌محیطی بتوانند نظارت مؤثرتری بر پاتوژن‌ها و آلودگی در محیط‌های آبزی داشته باشند و واکنش به تهدیدهای اکولوژیکی را تقویت کنند. به کار بردن منظم ابزارهای بیوانفورماتیکی پیشرفته مانند BEREN یک تحول اساسی در عرصه ویروس‌شناسی دریایی به‌شمار می‌رود.

جمع‌بندی

کشف ۲۳۰ ویروس غول‌پیکر جدید در اقیانوس‌های جهان، جهشی مهم در پژوهش‌های اقیانوس‌شناسی و شناخت میکروبی دریاها محسوب می‌شود. این ویروس‌ها با تغییر فتوسنتز دریایی و برخورداری از کارکردهای ژنتیکی منحصربه‌فرد، نقشی محوری در سلامت اکوسیستم‌های دریایی، چرخه‌های بیوشیمیایی و حتی سلامت انسان دارند. با گشوده‌شدن لایه‌های جدیدی از جهانی نامرئی در اعماق اقیانوس، تلاش‌های آینده می‌تواند بر استفاده از ظرفیت‌های زیست‌فناوری این ویروس‌ها و راهبری راهبردهای مقابله با شکوفایی‌های جلبکی و دیگر تهدیدات دریایی جهانی متمرکز شود.