Ponad 40 tys. nowych wirusów. Przełomowe odkrycie w 102 miastach świata

Globalny projekt badawczy pozwolił odkryć dziesiątki tysięcy nieznanych dotąd wirusów, które występują w miejscach o dużym natężeniu ruchu ludzi. Przeanalizowano próbki pobrane ze stacji metra, szpitali, oddziałów banków, gleby oraz systemów kanalizacyjnych w 31 krajach. Badacze wykorzystali techniki badań genetycznych przy użyciu narzędzia opracowanego na Uniwersytecie w São Paulo (Brazylia).

Wyniki badania oparto na analizie 2922 próbek, pobranych w 102 miastach (w tym w São Paulo) w 31 krajach. Międzynarodowy zespół wykorzystał te dane do stworzenia atlasu UPVAtlas (Urban and Peri-urban RNA Virus Atlas – Atlas wirusów RNA w środowiskach miejskich i podmiejskich). Skatalogowano w nim 54 945 gatunków wirusów, z których 77 proc. nie było wcześniej opisanych.

93 proc. młodzieży w Polsce nie robi 100 proc. Stolice świata. Dasz radę 10/10?

Zobacz również

Ponad 40 tys. nowych wirusów. Przełomowe odkrycie w 102 miastach świata

Prace badawcze koncentrowały się na wirusach RNA, które przechowują swoje instrukcje genetyczne w cząsteczkach RNA, a nie w DNA. Wirusy te wywołują szereg chorób, takich jak denga, Zika, grypa, żółta febra czy – w ostatnim czasie – COVID-19. Znaczna część dotychczasowej wiedzy na temat tej grupy wirusów pochodzi właśnie z badań nad tymi schorzeniami.

"Znaliśmy już szereg wirusów wywołujących choroby, jednak nie docenialiśmy różnorodności wirusów występujących w przyrodzie. Jeśli poszukujemy wirusa w kontekście konkretnej choroby, pomijamy wszystkie te wirusy, które nie wywołują chorób. Gdy natomiast analizujemy skład próbki bez takiego założenia, zyskujemy znacznie szerszy obraz" – podkreślił Antônio Pedro Camargo, profesor w Katedrze Biochemii Instytutu Chemii Uniwersytetu w São Paulo (IQ-USP) i jeden z autorów badania.

Konsorcjum MetaSUB, które bada mikrobiom środowisk miejskich, zgromadziło większość materiału – 1862 z 2922 próbek. Próbki te zostały pobrane w czasie pandemii, od marca do lipca 2020 roku, zgodnie ze standaryzowanym protokołem. Wymazy pobierano z powierzchni często dotykanych przez ludzi, takich jak poręcze, ławki czy automaty biletowe. Pozostałe próbki pochodzą z publicznej bazy danych i reprezentują różne elementy środowiska miejskiego, w tym glebę, osady, wody słodkie, ścieki oraz obiekty takie jak szklarnie.

Materiały poddano analizie metodą metatranskryptomiki, która umożliwia jednoczesne sekwencjonowanie wszystkich cząsteczek RNA obecnych w danej próbce. "Wyobraźmy sobie garść ziemi. Znajdziemy w niej bakterie, wirusy bakteryjne (bakteriofagi), inne mikroorganizmy, owady – co tylko można sobie wyobrazić" – opowiadał Camargo. Zamiast izolować każdy organizm z osobna, naukowcy ekstrahują i sekwencjonują cały zestaw RNA obecny w próbce.

W rezultacie uzyskuje się dużą liczbę niezidentyfikowanych fragmentów. "Otrzymujemy mnóstwo fragmentów genomów i początkowo nie wiemy, czym one są. To po prostu sekwencje liter. Wyzwaniem jest ustalenie, do czego odnosi się każdy z tych fragmentów genomu. Czy to bakteria? Wirus? A jeśli wirus, to jakiego typu?" – tłumaczył badacz.

Analizę przesiewową przeprowadzono za pomocą geNomad – narzędzia bioinformatycznego opracowanego przez Camargo. Program ten pozwala przetwarzać miliony fragmentów sekwencji materiału genetycznego i określać, które z nich odpowiadają genomom wirusowym.

Aby uporządkować swoje odkrycia, naukowcy porównali sekwencje enzymu obecnego we wszystkich wirusach RNA – polimerazy RNA zależnej od RNA (RdRP), która odpowiada za replikację wirusów – a następnie zrekonstruowali relacje filogenetyczne między nimi. Niektóre sekwencje były tak odmienne od wszystkiego, co opisano wcześniej, że autorzy zaproponowali utworzenie nowych kategorii, aby je sklasyfikować – w tym dwóch typów (phyla), nowej klasy oraz kilku grup niesklasyfikowanych. Propozycja ma charakter wstępny. "Wszystko opiera się na obliczeniach. Potrzeba więcej danych, aby móc formalnie stwierdzić, że są to rzeczywiście zupełnie nowe grupy" – zauważył Camargo.

Badanie ujawniło zaledwie ułamek rzeczywistej różnorodności drobnoustrojów. Krzywe akumulacji, które mierzą liczbę wcześniej nieznanych wirusów pojawiających się wraz z każdą kolejną analizowaną próbką, w zasadzie w żadnym przypadku nie osiągnęły stabilizacji. Świadczy to, że skatalogowane blisko 55 000 wirusów stanowi jedynie niewielką część tego, co faktycznie występuje w tych miejscach.

"Mamy do czynienia ze znacznie większym poziomem różnorodności wirusów, niż dotychczas sądziliśmy. Uważam, że to najważniejszy wniosek płynący z tego artykułu" – podkreślił Camargo.

Jak zastrzegają autorzy, odkrycie nie oznacza, że miasta są pełne nowych wirusów zdolnych do wywoływania chorób u ludzi. Jedynie w przypadku około jednej trzeciej sekwencji udało się zidentyfikować potencjalnych gospodarzy, a ponad połowa z nich to wirusy atakujące bakterie.

Nieliczne mogą jednak infekować kręgowce. Porównując uzyskane dane z bazą "Global Virome in One Network" (VIRION), która gromadzi udokumentowane powiązania między wirusami a kręgowcami, autorzy zidentyfikowali 60 wirusów o wysokim prawdopodobieństwie infekowania ludzi oraz 47 wirusów mogących zakażać inne ssaki. Spośród tych 60 wirusów, 19 wykryto w środowisku miejskim, a 34 w próbkach pobranych od zwierząt.

Zidentyfikowano również 166 bakteriofagów – wirusów wyspecjalizowanych w atakowaniu i niszczeniu bakterii. Mogą one infekować cztery szczepy z grupy ESKAPE, do której należą mikroorganizmy o dużym znaczeniu klinicznym, takie jak gronkowiec złocisty (Staphylococcus aureus). Według autorów badania, odkrycie to może stanowić podstawę do dalszych prac nad wykorzystaniem tych wirusów w zwalczaniu wspomnianych patogenów, w ramach metody znanej jako terapia fagowa.

Ogólnie rzecz biorąc, na powierzchniach w przestrzeni miejskiej – takich jak ulice, placówki bankowe, stacje czy sklepy – odnotowano mniejszą różnorodność wirusów niż w środowiskach naturalnych, na przykład w glebie czy osadach. Zdaniem autorów wskazuje to na fakt, że działalność człowieka prowadzi do ujednolicenia (homogenizacji) tych zbiorowisk. Wyjątek stanowiły ścieki, w których stwierdzono jeden z najwyższych poziomów różnorodności. Fakt ten potwierdza przydatność ścieków w monitoringu środowiskowym.

W próbkach pobranych w placówkach medycznych w São Paulo (Brazylia) oraz Islamabadzie (Pakistan) odnotowano większą liczebność wirusów chorobotwórczych dla kręgowców niż w próbkach z Baltimore (USA) czy Seulu (Korea Południowa). Camargo zaleca jednak ostrożność w interpretacji tych danych: "Bardzo trudno wyciągnąć z tego jakiekolwiek wnioski biologiczne. Może to być po prostu kwestia sposobu pobierania próbek". Samo badanie również wskazuje na to ograniczenie – niektóre kraje reprezentowane są tylko przez jedno środowisko, co uniemożliwia rozdzielenie wpływu konkretnej lokalizacji od wpływu danego kraju.