Os vírus amplificam a capacidade de captura de carbono dos oceanos

Os pesquisadores começam a aplicar aos solos as lições aprendidas com o oceano.

Armado com um catálogo de centenas de milhares de DNA e RNA vírus espécies nos oceanos do mundo, os cientistas estão agora a concentrar-se nos vírus com maior probabilidade de combater as alterações climáticas, ajudando a reter o dióxido de carbono na água do mar ou, utilizando técnicas semelhantes, em diferentes vírus que podem impedir a fuga do metano do degelo do solo ártico.

Avanços na análise genômica

Ao combinar dados de sequenciação genómica com análises de inteligência artificial, os investigadores identificaram vírus baseados nos oceanos e avaliaram os seus genomas para descobrir que “roubam” genes de outros micróbios ou células que processam carbono no mar. O mapeamento dos genes do metabolismo microbiano, incluindo aqueles do metabolismo subaquático do carbono, revelou 340 vias metabólicas conhecidas em todos os oceanos globais. Destes, 128 também foram encontrados nos genomas de vírus oceânicos.

“Fiquei chocado ao ver que o número era tão alto”, disse Matthew Sullivan, professor de microbiologia e diretor do Centro de Ciência do Microbioma da Universidade Estadual de Ohio.

Tendo extraído este enorme conjunto de dados através de avanços na computação, a equipa revelou agora quais os vírus que têm um papel no metabolismo do carbono e está a utilizar esta informação em modelos metabólicos comunitários recentemente desenvolvidos para ajudar a prever como usar vírus para projetar o microbioma oceânico em direção a melhores níveis de carbono. a captura ficaria.

“A modelagem é sobre como os vírus podem aumentar ou diminuir a atividade microbiana no sistema”, disse Sullivan. “A modelagem metabólica comunitária está me dizendo os dados dos sonhos: quais vírus têm como alvo as vias metabólicas mais importantes, e isso é importante porque significa que eles são boas alavancas para serem acionadas.”

Sullivan apresentou a pesquisa ontem (17 de fevereiro de 2024) na reunião anual da Associação Americana para o Avanço da Ciência, em Denver.

Engenharia Viral para Captura de Carbono

Sullivan foi o coordenador de vírus do Tara Oceans Consortium, um estudo global de três anos sobre o impacto das mudanças climáticas nos oceanos do mundo e fonte de 35.000 amostras de água contendo a riqueza microbiana. Seu laboratório se concentra em fagos, vírus que infectam bactérias, e seu potencial para ser ampliado em uma estrutura de engenharia para manipular micróbios marinhos para converter carbono na forma orgânica mais pesada que irá afundar no fundo do oceano.

“Os oceanos absorvem carbono e isso protege-nos contra as alterações climáticas. O CO2 é absorvido como gás e sua conversão em carbono orgânico é ditada por micróbios”, disse Sullivan. “O que estamos vendo agora é que os vírus têm como alvo as reações mais importantes no metabolismo dessas comunidades microbianas. Isto significa que podemos começar a investigar quais vírus poderiam ser usados ​​para converter carbono no tipo que desejamos.

“Por outras palavras, podemos fortalecer este enorme amortecedor oceânico para ser um sumidouro de carbono para ganhar tempo contra as alterações climáticas, em vez de o carbono ser libertado de volta para a atmosfera para acelerá-las?”

Em 2016, a equipe de Tara determinou que o afundamento de carbono no oceano estava relacionado à presença de vírus. Pensa-se que os vírus ajudam a absorver carbono quando as células de processamento de carbono infectadas por vírus se agrupam em agregados maiores e pegajosos que caem no fundo do oceano. Os pesquisadores desenvolveram análises baseadas em IA para identificar entre milhares de vírus quais poucos são vírus “VIP” para cultivar em laboratório e trabalhar como sistemas modelo para geoengenharia oceânica.

Esta nova modelagem metabólica comunitária, desenvolvida pelo colaborador Professor Damien Eveillard do Tara Oceans Consortium, ajuda-os a compreender quais podem ser as consequências não intencionais de tal abordagem. O laboratório de Sullivan está aproveitando essas lições oceânicas aprendidas e aplicando-as no uso de vírus para projetar microbiomas em ambientes humanos para ajudar na recuperação de lesões na medula espinhal, melhorar os resultados para bebês nascidos de mães com HIV, combater infecções em queimaduras e muito mais.

Aplicações além dos oceanos

“A conversa que estamos tendo é: ‘Quanto disso é transferível?’” disse Sullivan, também professor de engenharia civil, ambiental e geodésica. “O objetivo geral é projetar microbiomas em direção ao que consideramos útil.”

Ele também relatou os primeiros esforços para usar fagos como ferramentas de geoengenharia num ecossistema totalmente diferente: o permafrost no norte da Suécia, onde os micróbios alteram o clima e respondem às alterações climáticas à medida que o solo congelado descongela. Virginia Rich, professora associada de microbiologia no estado de Ohio, é codiretora do EMERGE Biology Integration Institute, financiado pela National Science Foundation, com sede no estado de Ohio, que organiza a ciência do microbioma no local de campo da Suécia. Rich também co-liderou pesquisas anteriores que identificaram uma linhagem de organismos unicelulares no solo descongelado do permafrost como um produtor significativo de metano, um potente gás de efeito estufa.

Rich co-organizou a sessão AAAS com Ruth Varner, da Universidade de New Hampshire, que co-dirige o Instituto EMERGE, que se concentra em compreender melhor como os microbiomas respondem ao degelo do permafrost e às interações climáticas resultantes.

A palestra de Sullivan foi intitulada “Da biologia dos ecossistemas ao gerenciamento de microbiomas com vírus” e foi apresentada na sessão intitulada “Gerenciamento de ecossistemas direcionados ao microbioma: pequenos atores, grandes papéis”.

O trabalho nos oceanos é apoiado pela National Science Foundation, pela Gordon and Betty Moore Foundation e pela Tara Oceans e, além da NSF, o trabalho nos solos foi financiado pelo Departamento de Energia e pela Grantham Foundation.