Za njih se govorilo da dolaze iz svemira, a bilo je čak i tvrdnji da su zapravo bakterije i da potkopavaju samu definiciju virusa. Džinovski virusi, nazvani „girusi“, sadrže ogromne količine genetskog materijala — do 100 puta više od drugih virusa — a neki su veći od određenih bakterija.
Oni su bili praktično nepoznati nauci sve do ranog 21. veka, ali otkrića napravljena u poslednje dve decenije sugerišu da mogu imati veliki uticaj na život na Zemlji.
Džinovski virusi koji naseljavaju okeane inficiraju, između ostalog, različite vrste jednoćelijskih algi, fotosintetskih organizama koji su odgovorni za oko polovinu Zemljine proizvodnje kiseonika i oko polovine globalne fiksacije ugljenika.
Virusna infekcija može da izazove brzi kolaps cvetanja algi — akumulacije algi koje se protežu na desetinama hiljada kilometara u okeanu — a to može, zauzvrat, značajno uticati na ekstenzivne morske, atmosferske i kopnene ekosisteme. Međutim, još uvek znamo vrlo malo o prirodnim domaćinima džinovskih virusa, odnosno koje vrste algi su zaražene svakom vrstom virusa.
U studiji, objavljenoj u Nature Microbiologi, istraživači iz laboratorije prof. Asafa Vardija u Odeljenju za nauke o biljkama i životnoj sredini na Veizmann institutu za nauku koristili su jednoćelijsko sekvenciranje RNK za analizu uzoraka sakupljenih iz cvetanja algi u fjordovima Norveške.
Ovo im je omogućilo da mapiraju, u detaljima bez presedana, odnose između džinovskih virusa i jednoćelijskih morskih organizama, uključujući alge, koje svaki od njih inficira.
Donedavno, najefikasniji način analize populacija virusa i algi u okeanu bio je njihovo ispitivanje na veliko, odnosno analiziranje celokupnog genetskog materijala izolovanog iz uzoraka okeanske vode koji su bili vrvi od virusa i jednoćelijskih morskih organizama. .
„Ove studije su unapredile naše znanje o distribuciji algi i virusa u vodi, ali mnogo informacija je još uvek nedostajalo“, objašnjava Vardi. „Uspeli smo da saznamo koje vrste su bile u izobilju u određenom uzorku, ali ne i da identifikujemo aktivnu infekciju, tako da smo bili ograničeni u našoj sposobnosti da merimo uticaj virusa na cvetanje ili kolaps algi.
„Slično, nismo mogli da identifikujemo populacije koje su bile manje rasprostranjene u uzorku, da odredimo prirodnog domaćina svakog virusa ili da saznamo da li su virusi bili aktivni u ćelijama.
Da bi prevazišli ova ograničenja i ispitali interakcije koje postoje u prirodnom okruženju, istraživači su otputovali u norveške fjordove, gde su izazvali cvetanje algi dodavanjem hranljivih materija u vodu i oponašanjem uslova koji dovode do cvetanja.
Nazad u laboratoriji, sekvencionirali su RNK pojedinačnih ćelija u svojim uzorcima. Ovi molekuli RNK ukazuju na to koji su geni aktivni u uzorkovanim organizmima u bilo kom trenutku. Za razliku od redovnog sekvenciranja RNK, u kojem se sva RNK iz svih organizama u uzorku povlači zajedno, istraživači su koristili jednoćelijsko sekvenciranje RNK.
Ova napredna metoda visoke rezolucije omogućava im da označe pojedinačne ćelije i identifikuju koja se RNK jedinstveno pojavljuje u toj ćeliji.
Koristeći ovu metodu, istraživači su bili u mogućnosti da identifikuju aktivne gene u ćelijama i, upoređujući ih sa postojećim bazama podataka, utvrde kojoj vrsti pripada svaka ćelija u uzorku. Međutim, nisu bili zadovoljni samo mapiranjem domaćina; takođe su želeli da utvrde koji virusi inficiraju svaku ćeliju u prirodnom okruženju.
Amir Fromm, dr. student iz laboratorije prof. Vardija, koji je vodio studiju, objašnjava: „Shvatili smo da pažljivom analizom RNK možemo proizvesti dve vrste podataka, ne samo da identifikujemo vrste algi, već i da utvrdimo da li je alga zaražena divom. virus i, ako jeste, koji.“
Pre ove studije, nije postojala baza podataka koja bi klasifikovala džinovske viruse koji inficiraju alge, pa su se istraživači obratili prof. Franku Ejlvardu, stručnjaku za evoluciju virusa na Virginia Tech, koji je sa svojim timom sastavio jedinstvenu bazu podataka o divovima virusi, zasnovani na RNK ekstrahovanoj iz ćelija.
Od desetina hiljada ćelija koje su ispitane, mnoge su pripadale dominantnoj algi u tom cvetanju, Emiliania hukleii. U ranijoj studiji, Vardi i njegov tim su već identifikovali specifičan džinovski virus koji inficira ovu algu. Ovog puta su se fokusirali na druge parove domaćine virusa, prisutne u malim količinama u uzorcima.
Ukupno su pronašli 972 zaražene ćelije, od kojih 71 nije pripadala dominantnim algama u cvetanju i koje su uključivale nekoliko džinovskih kombinacija virus-domaćin koje su ranije bile nepoznate.
Na primer, otkrili su da virus Imitervirales-07 inficira ćelije algi iz porodice Katablepharidaceae – veza koja ranije nije opisana. Kada su ispitali RNK virusa u ovim ćelijama, otkrili su da ona proizvodi proteine koji imaju direktan uticaj na sudbinu ćelija, uključujući proteine koji mogu da dovedu ćelije do samoubistva (programirana ćelijska smrt) tokom kasne faze infekcija.
Istraživači su čak pronašli pušeći pištolj: demonstrirali su vezu između pojave virusa u ispitivanim uzorcima i kolapsa populacije algi domaćina ubrzo nakon toga.
Pošto su istraživači uspeli da se uspešno pozabave računarskim izazovom karakterizacije zaraženih ćelija u uzorcima iz malih količina RNK, oni veruju da se njihov metod takođe može koristiti za identifikaciju interakcija algi sa virusima i drugim patogenima u drugim delovima sveta, uključujući ekstremne klimatske sredine kao što su polovi i alpska jezera.
„Zbog procesa povezanih sa klimatskim promenama, drevni patogeni se oslobađaju od topljenja ledenih kapa na polovima. Ova nova metoda će nam omogućiti da identifikujemo ove patogene sa mnogo lakše i da pomognemo čovečanstvu da se pripremi za ekološku pretnju koju mogu predstavljati“, Vardi kaže.
