Che cos’è un virus gigante e come può influire sul metabolismo di un suo ospite?
In un nuovo studio pubblicato su Nature Communications, un gruppo di ricerca della Virginia Tech ha riferito di aver trovato una consistente raccolta di geni per i cicli metabolici, una caratteristica distintiva della vita cellulare, in una vasta gamma di virus giganti.
I virus giganti interrompono la narrativa familiare dei virus: che sono i più piccoli abitanti del microbioma, poco più di un guscio spogliato di un organismo, solo pochi geni di DNA o RNA ripiegati in un guscio così piccolo che ho bisogno di un microscopio elettronico per vederlo.
In effetti, i virus giganti, dieci volte più grandi dei loro cugini più compatti e con centinaia o addirittura migliaia di geni, sono così diversi dal resto della famiglia che quando la prima specie fu scoperta nel 1992, i ricercatori lo liquidarono come batteri.
Alla fine furono correttamente classificati, ma anche allora considerati una curiosità isolata. Frank Aylward, un assistente professore di scienze biologiche al College of Science, che ha guidato la ricerca, ha spiegato che i sondaggi di routine sulla diversità virale spesso li perdevano per un motivo prosaico: sono così grandi che vengono catturati dai filtri che i ricercatori usano separare virus da batteri e altri organismi più grandi.
Ma gradualmente è diventato chiaro che questi virus sovradimensionati erano ovunque e specialmente abbondanti negli ambienti acquatici, dove infettano organismi monocellulari come alghe e protozoi.
Questo è importante, perché il metabolismo di quegli organismi relativamente complessi – quali nutrienti consumano, quali rifiuti producono, influenza pesantemente la salute degli oceani e dei laghi in cui vivono e, in definitiva, il ciclo del carbonio del pianeta.
Sono in tutta la biosfera. È solo che non abbiamo davvero prestato attenzione a loro
ha detto Aylward.
Aylward ha iniziato a prestare attenzione dopo che il ricercatore Monir Moniruzzaman, l’autore principale del nuovo studio, è entrato nel laboratorio nel 2018.
Lavorando da database di metagenomi pubblicamente disponibili, che ospitano miscugli di dati genetici provenienti da una vasta gamma di organismi in una varietà di ambienti, Moniruzzaman ha iniziato a stuzzicare i genomi appartenenti a virus giganti.
Usando geni noti per essere presenti nei virus giganti come marcatori ha messo insieme genomi per 501 virus giganti, principalmente da ambienti marini e di acqua dolce.
Quei genomi contenevano le caratteristiche standard che ti aspetteresti: geni che dirigono la costruzione del guscio protettivo del virus (il capside) e altri che invece gli consentono di infettare e uccidere il suo ospite.
Non si aspettavano di vedere così tanti geni metabolici. Il metabolismo, la raccolta di processi che le cellule usano per estrarre energia dai nutrienti, è un segno distintivo della vita cellulare, assente dai virus quasi per definizione.
Tuttavia, questi virus giganti sembravano avere geni collegati a diversi percorsi metabolici chiave nelle cellule viventi.
Questi non erano i primi geni metabolici emersi nei genomi virali, ma includevano molte funzioni che non erano mai state osservate nei virus.
Altri esempi erano stati i geni virali isolati che erano praticamente identici alle loro controparti cellulari, suggerendo che erano stati acquisiti dall’ospite per caso durante un’infezione e incollati nel genoma del virus relativamente di recente: artefatti vestigiali delle invasioni passate piuttosto che strumenti funzionali.
I geni trovati da Moniruzzaman e Aylward, d’altra parte, comprendevano ampie porzioni di percorsi metabolici familiari ma avevano una loro firma unica e originale.
Ciò implica che i virus hanno avuto questi geni per milioni di anni, anche miliardi di anni, e sono geni metabolici specifici del virus
ha spiegato Aylward.
Ciò suggerisce che questi geni non siano solo relitti genetici, ma componenti funzionanti che il virus distribuisce mentre comanda il suo ospite.
In questo caso, affermano i ricercatori, l’implicazione è che il virus sappia alterare il metabolismo cellulare.
Una volta che i virus infettano una cellula, non possiamo più pensare alla cellula come alla sua entità autonoma.
Gli aspetti fondamentali della fisiologia cellulare vengono ricablati da questi virus dopo l’infezione.
I cambiamenti nel metabolismo dell’ospite possono spostare l’equilibrio dei nutrienti che vengono consumati e rilasciati nell’ambiente, facendo oscillare i virus sulla biogeochimica acquatica.
Anche se i virus non sono vivi, stanno modificando significativamente il corso della vita ogni giorno nell’ambiente.
spiega Aylward.
Il prossimo passo è capire come usando studi sperimentali che possono aiutare a scoprire come funzionano questi geni e interagire con il metabolismo nativo dell’ospite.
Il team esaminerà anche l’evoluzione di questi geni per determinare come sono entrati nel genoma virale e quando.
Scoprire questi geni, che ampliano le nostre idee su come i virus giganti influenzano il loro ambiente, ha implicazioni più ampie per la virologia.
Trovare i mattoni per il metabolismo in qualcosa che non è vivo sfoca la distinzione tra ciò che è vivo e ciò che non lo è.
Penso a questi diagrammi di Venn, in cui una volta c’erano pochissime sovrapposizioni, e più impariamo, più continuano a sovrapporsi. Ora è arrivato al punto in cui in realtà ci sono pochissimi geni che si trovano solo nelle cellule e pochissimi geni che si trovano solo nei virus. In termini di repertori genomici, hanno molto più in comune di quanto ci aspetteremmo
ha detto Aylward.
Moniruzzaman sospetta che ci siano più sorprese in agguato in questi genomi, che sono pieni di quella che descrive come “materia oscura virale”, geni che continuano a emergere negli studi sui virus giganti ma le cui funzioni sono ancora sconosciute.
Non pensi che siano affascinanti? “Sono un gran mistero. Sono come una grande foresta e tu sei in piedi di fronte alla foresta e non sai cosa c’è dentro. E penso che sia il momento giusto per capirlo. Penso sono misteriosi, è quello che penso
si meraviglia Moniruzzaman.
Qui lo studio completo:
