Virus Giganti negli Oceani: Un Universo Nascosto di Diversità e Funzioni Svelato!

Ciao a tutti! Oggi voglio portarvi con me in un viaggio affascinante nelle profondità degli oceani, alla scoperta di creature che stanno rivoluzionando il mondo della virologia: i virus giganti (GVs). Sì, avete capito bene, “giganti”! Questi non sono i soliti virus a cui siamo abituati. Parliamo di entità con dimensioni e genomi talmente grandi da sfidare la nostra stessa definizione di “virus”. Pensate che alcuni possono avere genomi fino a 2.5 milioni di paia di basi e dimensioni fisiche visibili quasi al microscopio ottico!

Questi colossi microscopici appartengono al phylum Nucleocytoviricota e sono incredibilmente complessi. La cosa che ci lascia a bocca aperta è la loro capacità di possedere geni per funzioni che prima pensavamo fossero esclusiva del mondo cellulare. Questo solleva domande pazzesche sul loro ruolo ecologico ed evolutivo nel nostro pianeta, specialmente negli oceani.

La Caccia ai Giganti nel Blu Profondo

Immaginate gli oceani come un’immensa “zuppa” microbica, dove organismi unicellulari eucarioti (come alghe e protisti) giocano un ruolo chiave nei cicli biogeochimici globali e nelle reti alimentari. Bene, i virus giganti amano infettare proprio queste cellule! E non si limitano a replicarsi: possono modulare il metabolismo dell’ospite durante l’infezione, introducendo i propri geni metabolici, e persino influenzare come l’ospite acquisisce nutrienti usando proteine trasportatrici virali. Capite l’impatto potenziale sui cicli dei nutrienti marini e sulle catene alimentari? È enorme!

Fin dalla scoperta del primo virus gigante negli anni ’80, abbiamo fatto passi da gigante (è proprio il caso di dirlo!) nella comprensione della loro diversità. Inizialmente ci si basava molto sulle colture in laboratorio, ma isolare e coltivare questi virus è difficile. Pensate che ad oggi abbiamo solo circa 200 genomi da isolati virali, un numero minuscolo se confrontato con le centinaia di migliaia di genomi batterici o le decine di migliaia di genomi di batteriofagi conosciuti.

Fortunatamente, negli ultimi anni, la metagenomica ci ha dato una marcia in più. Analizzando direttamente il DNA ambientale prelevato dagli oceani, possiamo scovare le “firme” genetiche dei virus giganti, anche senza averli mai visti o coltivati. Studi recenti hanno iniziato a svelare un’incredibile diversità nascosta, assemblando genomi virali direttamente dai dati metagenomici (i cosiddetti GVMAGs – Giant Virus Metagenome-Assembled Genomes). Già erano stati scoperti oltre 1800 genomi GVMAG marini, ma sentivamo che c’era ancora tanto da scoprire.

Le Nostre Ultime Scoperte: Un Tesoro di Nuovi Genomi

Ed è qui che entriamo in gioco noi, o meglio, il nostro recente studio. Utilizzando uno strumento bioinformatico chiamato BEREN, abbiamo setacciato nove diversi set di dati metagenomici provenienti dagli oceani di tutto il mondo, dalle acque polari a quelle temperate. E i risultati sono stati elettrizzanti! Abbiamo recuperato ben 230 nuovi genomi di virus giganti di alta qualità e altri 398 genomi parziali. Un bel balzo in avanti!

Una delle scoperte più interessanti è arrivata dal Mar Baltico, uno degli ecosistemi di acqua salmastra più grandi del mondo. Abbiamo trovato un numero notevole di GVMAGs proprio lì (108 di alta qualità!), offrendoci una finestra unica sulla filogenomica, il potenziale metabolico e i fattori ambientali che guidano questi virus in un ambiente così particolare.

I nuovi genomi appartengono a tutti gli ordini conosciuti di virus giganti (come Imitervirales, Algavirales, Pimascovirales, ecc.), con una predominanza di Algavirales (135) e Imitervirales (81). Abbiamo persino trovato due nuovi genomi appartenenti ai misteriosi Mirusviricota, che sembrano collegare evolutivamente i virus giganti agli herpesvirus. La maggior parte di questi GVMAGs proviene dagli strati superiori dell’oceano (primi 100 metri), anche se un paio sono stati pescati da sorgenti idrotermali profonde.

Non Tutti i Giganti Sono Uguali: Differenze Genomiche e Funzionali

Analizzando questi nuovi genomi, abbiamo notato differenze interessanti. Ad esempio, i genomi degli Algavirales tendono ad essere significativamente più grandi (in media 362 kbp) rispetto agli altri ordini, ma hanno una percentuale di GC (le basi Guanina e Citosina nel DNA) mediamente più bassa (31.5%). Al contrario, i Pandoravirales hanno la percentuale di GC più alta (55%).

Abbiamo anche esaminato il contenuto medio di azoto e zolfo nelle proteine codificate da questi virus, un aspetto mai studiato prima per i GVs. Questo potrebbe darci indizi sulla loro ecologia: un basso contenuto di azoto proteico potrebbe essere un adattamento ad ambienti marini poveri di questo nutriente. È affascinante pensare a come i virus possano influenzare il bilancio di azoto dell’ospite durante l’infezione!

Ma le differenze più sorprendenti riguardano le funzioni codificate nei genomi. Abbiamo confermato una sorta di “divisione del lavoro” funzionale tra i due ordini più abbondanti che abbiamo trovato:

• Gli Imitervirales sembrano essere dei veri e propri “tuttofare” metabolici. I loro genomi sono pieni di geni coinvolti nel metabolismo centrale del carbonio (glicolisi, ciclo TCA), nel trasporto di nutrienti (come glutaminasi, sintetasi della glutammina), nella riparazione del DNA (il gene MutS è presente nel 95% dei genomi recuperati!) e persino geni per le rodopsine (proteine sensibili alla luce, trovate nel 53% dei genomi di questo ordine).
• Gli Algavirales, nonostante i genomi più grandi, sembrano avere un repertorio metabolico più “minimalista”. Molti dei geni metabolici comuni negli Imitervirales sono quasi assenti qui. Niente rodopsine, per esempio. Tuttavia, entrambi gli ordini (e altri) possiedono spesso geni per le proteine LHCB, coinvolte nella cattura della luce (legate alla clorofilla a/b).

Questa netta differenza funzionale suggerisce strategie di infezione diverse. Forse gli Imitervirales, con il loro ampio arsenale metabolico, sono più attrezzati per infettare una gamma più vasta di ospiti, anche quelli a crescita lenta, dove “dare una spinta” al metabolismo dell’ospite potrebbe essere cruciale per il successo dell’infezione.

Un Universo di Funzioni Ancora da Scoprire

La parte più emozionante? Abbiamo identificato ben 569 cluster di proteine completamente nuove, mai viste prima nei virus giganti conosciuti! Molte di queste hanno una funzione ancora sconosciuta, ma altre sembrano coinvolte nel legame con proteine, interazioni con membrane cellulari e legame con l’ATP. Questo ci dice che l’universo proteico dei virus giganti è ancora in gran parte inesplorato e pieno di sorprese.

Molte di queste nuove funzioni provengono dai genomi trovati nelle acque polari (Artico e Antartico) e nel Mar Baltico. Questo potrebbe indicare adattamenti specifici a questi ambienti più freddi o con caratteristiche chimico-fisiche particolari, come già suggerito da altri studi.

E parlando di funzioni sorprendenti, abbiamo trovato nuovi geni potenzialmente coinvolti in quasi tutte le fasi della fotosintesi! Oltre alle già note proteine LHCB e rodopsine, abbiamo identificato geni per componenti del fotosistema I (PsaK, PsaG, PsaH), del fotosistema II (PsbQ, PsbY, PsbP), del citocromo b6f (PetM) e persino dell’ATP sintasi. Sappiamo che alcune infezioni da GV dipendono dalla luce e dalla fotosintesi funzionante dell’ospite, specialmente nelle fasi iniziali. È possibile che i virus usino questi geni “ausiliari” per mantenere attiva la macchina fotosintetica dell’ospite mentre cercano di prenderne il controllo. Questa scoperta espande notevolmente il potenziale impatto dei GVs sulla fotosintesi marina.

Il Caso del Mar Baltico: L’Ambiente Conta

Grazie all’abbondanza di dati dal Mar Baltico, abbiamo potuto fare un’analisi più approfondita su quali fattori ambientali influenzano la presenza e l’abbondanza dei diversi tipi di virus giganti. Ebbene, per la comunità GV nel suo complesso, fattori come la salinità, la profondità e la produzione batterica sembrano essere i più importanti nel determinare la composizione della comunità virale.

Tuttavia, guardando ai singoli ordini virali, le cose si complicano:

• Algavirales e Imitervirales sono correlati principalmente con la profondità.
• Asfuvirales sembrano preferire zone con più azoto e carbonio organico disciolto.
• Pandoravirales sono legati alla produzione batterica.
• Pimascovirales sono influenzati da produzione batterica, ossigeno disciolto e salinità.

Questo suggerisce che virus appartenenti a ordini diversi potrebbero avere ospiti diversi con esigenze ecologiche differenti, e quindi rispondono in modo diverso alle condizioni ambientali.

Perché Tutto Questo è Importante?

Ogni nuova scoperta sui virus giganti ci aiuta a comporre un puzzle incredibilmente complesso. Questi 230+ nuovi genomi e le analisi funzionali associate non sono solo numeri: rappresentano un enorme passo avanti nella nostra comprensione della diversità nascosta negli oceani e del ruolo cruciale che questi virus giocano negli ecosistemi marini.

Stiamo iniziando a capire come influenzano le popolazioni di protisti, come partecipano ai cicli biogeochimici (carbonio, azoto, zolfo) e come modellano le reti alimentari acquatiche. E con la scoperta di centinaia di nuove funzioni potenziali, è chiaro che abbiamo appena scalfito la superficie.

Il viaggio nell’universo dei virus giganti è appena iniziato, e chissà quali altre meraviglie ci aspettano nelle profondità inesplorate dei nostri mari. Continuiamo a cercare!

Fonte: Springer