شناسایی ۲۰۰ ویروس غول‌پیکر جدید در اقیانوس

دانشمندان بیش از ۲۰۰ ویروس غول‌پیکر جدید را در آب‌های اقیانوس شناسایی کرده‌اند که نه‌تنها در شکل‌دادن به اکوسیستم‌های دریایی نقش دارند، بلکه فرایند فتوسنتز در جلبک‌ها را نیز دست‌کاری می‌کنند.

این ویروس‌های بزرگ که پیش‌تر تقریباً از دید علم پنهان مانده بودند، اکنون با بهره‌گیری از ابررایانه‌های قدرتمند و ابزار جدیدی به نام BEREN کشف شده‌اند.

ویروس‌های غول‌پیکر در بقای جانداران تک‌سلولی دریایی به نام «آغازیان» نقش دارند. این جانداران شامل جلبک‌ها، آمیب‌ها و تاژک‌داران هستند که در پایه زنجیره‌های غذایی اقیانوس قرار دارند.

ازآنجا که آغازیان بخش مهمی از این زنجیره غذایی را تشکیل می‌دهند، ویروس‌های DNA ‌دارِ بزرگ اغلب مسئول بروز تهدیدهای گوناگون برای سلامت عمومی، از جمله شکوفایی‌های جلبکی زیان‌بار، به شمار می‌آیند.

روزن‌استیل» ممکن است به روشن‌شدن تنوع گسترده ویروس‌های موجود در آبراه‌ها و اقیانوس‌های ما کمک کند.

این دانش می‌تواند به مسئولان محلی یاری رساند تا آمادگی بهتری در برابر شکوفایی جلبکی زیان‌بار که ممکن است سواحل آن‌ها را تحت‌تأثیر قرار دهد داشته باشند، یا در صورت وجود ویروس‌های دیگر در خلیج‌ها، رودخانه‌ها یا دریاچه‌های محلی، واکنش مناسب‌تری نشان دهند.

(شکوفایی جلبکی به رشد سریع و انفجاری جمعیت جلبک‌ها (معمولاً فیتوپلانگتون‌ها) در آب‌های سطحی دریاها، دریاچه‌ها، رودخانه‌ها یا آبگیرها گفته می‌شود.)

پژوهشگران با بهره‌گیری از روش‌های رایانش با توان بالا، ۲۳۰ ویروس غول‌پیکر جدید را در مجموعه داده‌های متاژنومی دریاییِ در دسترس عموم شناسایی کرده و عملکردهای آن‌ها را موردبررسی قرار دادند.

یافته‌های این پژوهش که در نشریه  منتشر شده، شامل کشف ژنوم‌های جدیدی از ویروس‌های غول‌پیکر است که پیش‌تر در منابع علمی ناشناخته بودند.

پژوهشگران با مطالعه این ویروس‌ها امیدوارند بتوانند شکوفایی‌ جلبکی زیان‌بار را پیش‌بینی کرده و همچنین کاربردهای زیست‌فناورانه‌ی جدیدی را از آنزیم‌های نوظهور موجود در ژنوم این ویروس‌ها پیدا کنند.

در درون این ژنوم‌ها، ۵۳۰ پروتئین عملکردی جدید شناسایی شده که ۹ مورد از آن‌ها در فرایند فتوسنتز نقش دارند. این موضوع نشان می‌دهد که این ویروس‌ها احتمالاً قادرند میزبان خود و فرایند فتوسنتز را در هنگام عفونت تحت‌تأثیر و دست‌کاری قرار دهند.

«محمد منیرالزمان»، یکی از نویسندگان این پژوهش و استادیار گروه زیست‌شناسی و بوم‌شناسی دریایی، گفت:«با درک بهتر تنوع و نقش ویروس‌های غول‌پیکر در اقیانوس و نحوه تعامل آن‌ها با جلبک‌ها و سایر میکروب‌های دریایی، می‌توانیم شکوفایی جلبکی زیان‌بار را که در فلوریدا و سراسر جهان تهدیدی برای سلامت انسان محسوب می‌شوند، پیش‌بینی و حتی مدیریت کنیم.»

او افزود:

تا همین اواخر، ویروس‌های غول‌پیکر به دلیل محدودیت‌های موجود در سامانه‌های بیوانفورماتیکی، تا حد زیادی از دید روش‌های علمی پنهان مانده بودند.

پژوهشگران ابزاری نوآورانه به نام BEREN (ابزار بیوانفورماتیکی برای بازیابی ویروس‌های یوکاریوتی از متاژنوم‌های محیطی) طراحی کردند که هدف آن شناسایی ژنوم ویروس‌های غول‌پیکر در میان دیتاست گسترده توالی‌یابی DNA عمومی است.

«بنجامین مینچ»، نویسنده اصلی این پژوهش و دانشجوی دکترای گروه زیست‌شناسی و بوم‌شناسی دریایی در مدرسه «روزن‌استیل»، گفت:

او ادامه داد:

نویسندگان این پژوهش برای پردازش و سرهم کردن متاژنوم‌های حجیم - که در بسیاری موارد حجم آن‌ها از یک میلیارد باز برای هر کتابخانه فراتر می‌رود - از ابررایانه «پگاسوس»  در دانشگاه «میامی» استفاده کردند. این توان محاسباتی، امکان بازسازی صدها کتابخانه از جوامع میکروبی را فراهم آورد.

«مینچ» افزود:

تیم پژوهشی داده‌های توالی‌یابی DNA را از نه پروژه بزرگ نمونه‌برداری جهانی اقیانوس‌ها که از قطب شمال تا قطب جنوب را در بر می‌گرفت، دریافت کردند.

با استفاده از ابزار BEREN، دانشمندان ژنوم‌های ویروس‌های غول‌پیکر را از این داده‌ها استخراج کردند. سپس این ژنوم‌ها با بهره‌گیری از پایگاه‌های داده عمومی عملکرد ژن‌ها، توضیح عملکرد (Annotation) گرفتند تا نقش‌های کدگذاری شده توسط این ویروس‌ها شناسایی شود. همچنین این ژنوم‌ها با تمام نمایندگان ویروس‌های غول‌پیکر موجود در داده‌ها مقایسه شدند تا عملکردهای نوین کشف شوند.

برنامه