Preguntas y respuestas: Miles de virus de ARN recién descubiertos en el agua del océano

FONDACIÓN SACHA BOLLET / TARA OCEAN

Un estudio publicado en Science hoy (7 de abril) describe miles de virus de ARN recién descubiertos y duplica el número de filos en los que se agrupan de 5 a 10.

Un equipo dirigido por el microbiólogo de la Universidad Estatal de Ohio, Matthew Sullivan, recolectó muestras de agua del océano, principalmente alrededor del Círculo Polar Ártico, y los secuenció en busca de ARN viral mediante la búsqueda de genes que codifican la ARN polimerasa dependiente de ARN (RdRp), que los virus de ARN utilizan para replicarse. Luego, el equipo usó una supercomputadora y un algoritmo de aprendizaje automático para construir un árbol filogenético para los virus de ARN que presenta varios filos nuevos, actualiza algunos que ya estaban establecidos y llena algunos de los vacíos que faltan en la historia evolutiva de los virus.

El científico habló con Sullivan para obtener más información sobre el proyecto y cómo los resultados podrían servir como recurso para comprender mejor los virus de ARN de la Tierra.

El científico: Esta es una gran empresa. ¿Podría decirme cómo se originó la idea de este proyecto? ¿Qué lo impulsó a asumir todo esto?

Matthew Sullivan: He estudiado virus de ADN durante mucho tiempo y hemos estado trabajando en virus de ADN oceánico global. Parte del Consorcio Tara, que tiene como 30 IP de todo el mundo, parte de ese grupo estudia los eucariotas microbianos, y seguían diciendo, Matt, ¿qué pasa con los virus de ARN? Porque esos son los que esperamos que infecten a los eucariotas microbianos. Empecé a aprender cómo deberíamos tratar de identificar los virus de ARN, y fue una tarea bastante grande. Podrías hacer una versión muy simple. Pero queríamos mejorar los análisis. Así que trabajamos mucho en esa sección.

TS: Quiero preguntar sobre algunas de las nuevas técnicas. usaste, pero antes de entrar en la metodología, cuéntame más sobre la expedición real. ¿Cómo se recopilaron estas muestras y cómo decidiste de dónde tomarlas?

MS: Sí, eso es una gran cantidad de esfuerzo que el consorcio Tara Oceans lo puso por tres años. Entonces, el proceso es que tenemos un velero, y lo tenemos desde hace varios años, e íbamos a salir a buscar características interesantes en los océanos. Puede usar sensores remotos y satélites, puede usar nuestro conocimiento de las corrientes y puede usar el conocimiento de otros sitios de muestreo para encontrar dónde tomar muestras.

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Cuando paramos en el barco, literalmente tiramos botellas por la borda. Quiero decir, están en cables, y es un CTD [sensor de conductividad, temperatura y profundidad], y es elegante. Muestrear el agua a diferentes profundidades y luego hacer un montón de filtros sofisticados.

Quiero decir, cuando vimos [los resultados], pasamos tres años peleándonos entre nosotros por eso.

TS: ¿Qué quiere decir con características interesantes? ¿Qué buscas?

MS: Las zonas de convergencia donde se encuentran dos tipos de corrientes suelen ser biológicamente interesantes. En uno de ellos, frente a la punta de Sudáfrica, cubrimos estos anillos de corriente de Agulhas. Esos tienen un marco de tiempo de un par de meses y nadie sabía realmente cómo era la biología, así que en realidad tratamos de seguir eso. Y luego el Ártico. Como puedes imaginar, es bastante complicado geopolíticamente. Entonces, incluso la política de obtener muestras fue un desafío. Eso fue un gran problema y, por supuesto, sentimos que [era] realmente importante a la luz de la rapidez con la que se estaba perdiendo el hielo del Ártico.

TS: I Estaba realmente intrigado por la escala de sus hallazgos. Quiero decir, 28 terabases de secuencias de ARN, cinco nuevos filos, supuestamente, nuevos virus dentro de los cinco filos que ya estaban allí, [y] así sucesivamente. ¿Fue esto un shock para ti?

MS: No tenía ninguna expectativa, lo admito. La biología de los virus de ARN es muy diferente de la de los virus de ADN y, en particular, de los fagos de ADN. Así que empecé bastante ingenuo.

Seré honesto, esperaba ver muchos virus nuevos que estuvieran dentro de los cinco [phyla existentes]. Hubo este documento que describió la megataxonomía de cinco filos recientemente, y tenía datos de virus oceánicos. Entonces, supongo que no tenía muchas esperanzas de descubrir nuevos filos, y mucho menos duplicar la cantidad de filos.

Quiero decir, cuando vimos [los resultados], pasamos tres años peleando entre nosotros por eso. . Realmente trabajamos de adentro hacia afuera para tratar de hacer todo lo que pudiéramos para convencernos de esos hallazgos recientes.

TS: ¿Qué le hizo confiar en ellos en ¿el final?

MS: Creo que la pieza sofisticada es realmente este [análisis] de red de aprendizaje automático por adelantado. Entonces, para el contexto, el gen objetivo es RdRp, que tiene miles de millones de años y tiene una divergencia increíble entre los virus de ARN, lo que significa que cuando intentas alinear esas secuencias para la filogenia global, incluso solo usando ese gen. , es un desastre. Y verá que hay artículos de alto perfil en la literatura que discuten de un lado a otro sobre si la gente cree en estas filogenias globales. Entonces, para nosotros, debido a que estábamos viendo lo que pensábamos que eran muchos filos nuevos, queríamos organizar esa información por adelantado incluso antes de llegar al árbol. Ese fue un gran paso: semiautomatizar el proceso para llegar a alineaciones seleccionadas. Y luego, en esas alineaciones, reconociendo que algunos de los filos anteriores en realidad se basaron en lo que consideraríamos información deficiente en las alineaciones.

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Establecimos algunos puntos de referencia en la filogenética para nosotros mismos decir, Oye, no vamos a confiar en partes de ese gran árbol si no tienen ciertas características. Luego dijimos, bueno, está bien, supongamos que el RdRp nos está hablando un poco sobre biología. ¿Qué otras características podríamos mirar? Ahí es donde observamos el contexto genómico, los tipos de genes que tenían, las estructuras 3D del RdRp, además de la secuencia primaria, etcétera, para tratar de comprender cuánta otra información biológica es consistente con esta imagen de diez filos.

TS: El documento habla bastante sobre la identificación de virus de ARN que llenan algunos vacíos que faltan en la historia evolutiva. ¿Puedes hablar sobre algunas de las observaciones históricas que pudiste hacer?

MS: Una vez que tienes un árbol filogenético global, puedes ver la estructura de estos patrones y hacer preguntas sobre eventos evolutivos tempranos. Este fue realmente el coprimer autor, Ahmed Zayed, quien asumió el desafío de ingresar a la literatura sobre virus de ARN y descubrir cuáles son las preguntas abiertas y qué es controvertido sobre la evolución temprana del virus de ARN. Parte de eso es identificar el eslabón perdido de algunos de los eventos evolutivos tempranos relacionados con las transcriptasas inversas o con algunos de los otros tipos de virus de ARN extraños que existen.

TS: Mencionaste que te has centrado mucho más en los virus de ADN en el pasado. ¿Hay una razón clara por la que el lado del virus de ARN se entendió menos, se exploró menos? ¿Era cuestión de necesitar mejores métodos, más interés o algo más?

MS: Creo que hubo mucho interés. No, realmente era que la secuenciación metagenómica podía capturar virus de ADN. Y eso se encendió y escaló antes. Y ahora la metatranscriptómica es más común. Durante 20 años, el campo ha estado interesado, pero ha sido realmente difícil de encontrar.

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TS: Cuando hablamos por correo electrónico antes de esta llamada, usted mencionó que ahora está trabajando para lograr que el Comité Internacional de Taxonomía de Virus [ICTV] reconozca los nuevos filos. ¿Qué implica eso?

MS: La ICTV es antigua y tradicionalmente no ha permitido que los datos del genoma se utilicen solos para definir nuevos taxones de virus a gran escala. Al menos para los tipos de virus de ADN, los tipos de fagos en particular, hemos demostrado cada vez más que si usamos la genómica, en realidad podemos recapitular la taxonomía ICTV. Ahí hay una relación. Y ese mensaje, creo, está resonando bastante bien. Ahora, los virus de ARN evolucionan mucho más rápido [que los virus de ADN] en órdenes de magnitud más rápido.

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Entonces es una pregunta abierta: ¿Puede un genoma por sí solo ser suficiente? Hay especies y luego hay cuasi-especies en los virus de ARN debido a este mayor flujo de genes que puede erosionar los límites de las especies. Es un atolladero complejo en el que cavar. Quizás haya un cambio dentro de uno o dos años. Por lo general, eso se hace con un virus a la vez, pero en este estudio hay 5000 nuevas especies virales de ARN. Así que claramente tenemos que repensar eso.

TS: ¿Hay algo más de lo que quisieras asegurarte de que habláramos? </h3

MS: Creo que una de las preguntas que suelo hacer es: ¿Hay coronavirus? No vimos ningún coronavirus en los datos. Pero sí creo que este esfuerzo que hemos hecho para semiautomatizar este proceso será útil a medida que nosotros, como sociedad global, tratamos de averiguar si vale la pena estudiar y monitorear los virus de ARN en los entornos. Creo que muchas personas claramente también están comenzando a hacer lo mismo con el SARS-CoV-2.

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Creo que la oportunidad aquí es, Oye, hay muchos otros virus de ARN por descubrir y ahora tenemos un juego de herramientas. Espero que inspire debates entre lo que yo llamaría ecologistas virales y virólogos del ARN. Realmente no han sucedido porque el enfoque de los virólogos del ARN han sido los mecanismos médicos. Y entiendo eso, pero creo que hay una oportunidad perdida de no incorporar ese contexto ecológico. Espero que esto entusiasme a algunas personas.

Nota del editor: esta entrevista ha sido editada para ser breve.