"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 настолько генетически разнообразны, что у нас никогда не было достаточного количества какого-либо конкретного вида вирусов, чтобы создать из него полный геном. Из-за этого сопоставление с известными геномами в базе данных было очень сложным. Мы собирали все, что могли, чтобы получить контекст для некоторых функций, а также для того, чтобы немного упростить формирование филогении - определить, кто с кем связан и насколько они далеки друг от друга".