Путешествие Колдуна II. Экспедиция, которая раскрыла секреты микробиома океана - J. Craig Venter
По его словам, это контрастирует с организмами, которые встречаются в малом количестве: "такие, как ваши вибрионы", то есть различные бактерии из рода, включающего возбудителя холеры в форме запятой. У них, как правило, гораздо больше дополнительных генов, которые помогают им выжить, когда условия не являются оптимальными". Эта разница в количестве генов потенциально может иметь последствия для пищевой цепи, изменения климата и всего остального, потому что, хотя бактерии хорошо приспособились к жизни в океанах, они не обладают большой метаболической гибкостью. Они делают то, что делают, очень хорошо, но если условия изменятся, если океаны внезапно станут кислыми, это потенциально может оказать негативное влияние на эти микробы".
Среди различных микробов, населяющих невидимое царство земных океанов, часто больше всего внимания привлекают бациллы. На другом конце спектра внимания находится класс микробов, которых в основном игнорируют или очерняют. Они также являются наиболее распространенными генетическими элементами на Земле. Это вирусы, крошечные пучки ДНК или РНК, которые могут быть живыми, а могут и не быть. Им была посвящена еще одна крупная статья в специальном сборнике PLoS Biology, в которой сообщалось об исследовании, которое на тот момент было практически уникальным, поскольку представляло собой крупномасштабное изучение вирусов, существующих в океанах. Их количество исчисляется квадриллионами (1015), в более широком контексте, когда на Земле существует около десяти немиллионов вирусов (1031).
Большинство людей думают: "Фу, вирусы, они плохие", - говорит бывший вирусолог JCVI и морской биолог Шеннон Уильямсон, первый автор книги "The Sorcerer II Global Ocean Sampling Expedi-tion: Metagenomic Characterization of Viruses within Aquatic Microbial Samples". "Но на самом деле они очень полезны во многих отношениях".
Пожалуй, наиболее важны те вирусы, которые играют решающую роль в контроле популяций видов-хозяев. К таким хозяевам относятся бактерии, которые размножаются так быстро, что без специальных вирусов, называемых бактериофагами, их численность быстро нарушила бы равновесие, позволяющее существовать экосистеме, которая нас поддерживает. Бактериофаги также играют важнейшую роль в рециклинге углерода и круговороте питательных веществ в океане: заражая и убивая бактерии, они запускают процесс распада, в ходе которого из тел клеток бактерий-хозяев выделяются химические вещества. Они становятся питательными веществами, которые служат пищей для живых бактерий, водорослей и других организмов. Для нас, людей, и почти всех других ор-ганизмов вирусы стали важным элементом эволюции, поскольку ДНК древних вирусов за долгие века слилась с нашей клеточной ДНК. ДНК, изначально полученная от вирусов, составляет около восьми процентов ДНК Homo sapiens.7
"Когда вышла наша статья в PLoS, прошло не так много времени с тех пор, как мы узнали, что вирусы являются важными компонентами морской экосистемы", - говорит Уильямсон. "Это была одна из тех вещей, которые привлекли меня к изучению вирусов еще в аспирантуре. Но проект Sorcererproject, безусловно, стал моим первым опытом использования геномики и метагеномики для изучения популяций вирусов со всего мира".
"Метагеномика то и дело использовалась в других исследованиях в небольших сообществах или в небольших океанических сообществах, - говорит она, - но не в таком объеме, как в рамках проекта Sorcerer II. Одним из интересных открытий, но в то же время и разочаровывающим, стало то, что мы обнаружили 99-процентную полную генетическую новизну. То есть, когда мы сравнивали данные, полученные из воды, с известными вирусами, которые были секвенированы и помещены в генетическую базу данных, а именно так проводился анализ, мы искали сходства и практически не находили". Почти все, что обнаружили Уильямсон и ее команда, было новым для науки.
Вирусы - исключительно эффективные машины для убийства в океанах, уничтожающие до сорока процентов всей микробной биомассы в морях каждый день.8 Вирусы также атакуют и убивают водоросли, бушующие в неконтролируемых цветениях. Вирусы поражают все живые существа во всех известных экосистемах.
С тех пор как в 1892 году российский ботаник Дмитрий Ивановский впервые обнаружил вирус, поражающий растения табака, было описано около девяти тысяч видов вирусов, и это число стремительно растет. Технически вирусы становятся вирусами только тогда, когда попадают в клетку. До этого они представляют собой вирионы - органические частицы, которые описываются как почти живые, но не совсем, поскольку в них отсутствуют определенные клеточные структуры и способность к самостоятельной репликации, которую биологи связывают с жизнью.
Вирусы гораздо меньше бактерий: их диаметр составляет от двадцати до трехсот нанометров. Они также различаются по форме. (Недавно один из вирусов стал печально известен своей сферической формой и поверхностными шипами: это вирус под названием SARS-CoV-2). Вирусы быстро производят тысячи копий самих себя, что является очень простым и разрушительно эффективным процессом. Многие вирусы заставляют клетки разрываться и выпускать новые копии для заражения других клеток.
Ученые не знают, когда вирусы впервые появились на Земле, но некоторые предполагают, что они могли развиться из бактерий или из плазмид - фрагментов ДНК, которые могут перемещаться между клетками, - или могли развиться из сложных молекул и нуклеиновых кислот, существовавших примерно в то время, когда клетки впервые появились на свет, около четырех миллиардов лет назад. Слово происходит от латинского virul-entus, означающего "ядовитый". Прилагательное "вирусный" впервые было использовано в 1948 году (а "вирусное распространение" на TikTok или Twitter появилось несколько позже). Бактерии вряд ли сидят сложа руки в ответ на эту свирепую бактерицидную атаку. За миллиарды лет эти вечно ресурсные ор-ганизмы разработали сложные "иммуноподобные" системы, которые агрессивно пытаются отбиться от своих крошечных обидчиков. Часть бактериальной защитной сети привела к открытию CRISPR, инструмента редактирования генов, основанного на способности бактерий использовать специальные ферменты для разрезания ДНК, чтобы редактировать потенциально опасные вирусы. "У вас постоянно идет небольшая битва, - говорит Уильямсон, - когда хозяин вносит изменения, чтобы избежать заражения, а вирусы пытаются найти способ обойти его. Потому что они очень быстро мутируют, и все это происходит методом проб и ошибок. Некоторые вещи делают их более эффективными, а некоторые - менее эффективными".
Уильямсон рассказал, как команда на "Колдуне II" собирала и готовила образцы вирусов. Все началось с того, что вирусы в основном улавливались самым маленьким размером фильтра - 0,1 микрона. "Но собирать вирусные данные было гораздо сложнее, чем бактерии, - сказала она, - потому что все они были настолько разнообразны.
Вирусы являются самым распространенным компонентом морской воды - на каждую бактериальную клетку в океане приходится десять вирусов. Они
