Característica de los MM AMG especiales. Un esquema para la participación viral en pasos clave de MMP mediante la codificación de siete AMG que participan individualmente en MMP. Los virus codifican siete AMG (fwdF, fae, frhB, cofE, cofF, mtrA y pmoC; en texto violeta) para influir en pasos clave tanto en la producción como en la oxidación de metano. Vía del CO a la metanogénesis.2 El metano está indicado por flechas naranjas. En las Figuras complementarias se proporciona información adicional para 17 AMG adicionales que potencialmente participan en MMP y otras vías metabólicas similares. S1, S2 y Datos 5. B Mapas del genoma de tres contigs virales que contienen el gen AMG mtrA. Los tres contigs virales pertenecían a la misma población viral (con una identidad genómica del 97,4% al 97,8% entre sí) y tenían el mismo gen mtrA. CheckV se utilizó para evaluar los límites del virus huésped y eliminar posibles fragmentos del huésped en el contig viral. Los genes están marcados con cinco colores para ilustrar los AMG (púrpura), los genes de fagos (naranja), los genes característicos de los fagos (azul), los genes celulares potenciales (verde) y los genes de proteínas hipotéticos (gris). C Árbol filogenético de genes mtrA virales y microbianos. El árbol se infirió utilizando el método de máxima verosimilitud con secuencias de proteínas. Los valores de arranque paramétrico (expresados como porcentajes de 1000 réplicas) se muestran en los puntos de ramificación. La barra de escala indica un espaciado de 0,1 sustituciones por posición en la alineación. Las secuencias de MtrA viral y microbiana se indican en rojo y negro, respectivamente. Los números entre paréntesis indican el número de secuencias de proteínas asignadas a cada grupo. El árbol filogenético completo (sin grupos colapsados) se proporciona en la Figura complementaria S5A. En las Figuras complementarias se proporcionan mapas genómicos y árboles filogenéticos para los otros seis MM AMG especializados (pmoC, fwdF, fae, cofE, cofF y frhB). S3 y S5B-G. MM, metabolismo del metano; MMP, vía metabólica del metano. Crédito: Comunicaciones de la naturaleza (2024) DOI: 10.1038/s41467-024-46109-x
En un nuevo estudio, los científicos han descubierto que los virus que infectan a los microbios contribuyen al cambio climático al desempeñar un papel clave en el ciclo del metano, un poderoso gas de efecto invernadero, a través del medio ambiente.
Al analizar casi 1.000 conjuntos de datos de ADN metagenómico de 15 hábitats diferentes, desde varios lagos hasta el interior del estómago de una vaca, los investigadores descubrieron que los virus microbianos portan elementos genéticos especiales para controlar los procesos de metano, llamados genes metabólicos accesorios (AMG). Dependiendo de dónde vivan los organismos, la cantidad de estos genes puede variar, lo que sugiere que el impacto potencial de los virus en el medio ambiente varía según su hábitat.
El descubrimiento añade un elemento importante para comprender mejor cómo interactúa y se mueve el metano en diferentes ecosistemas, dijo Ziping Zhang, autor principal del estudio e investigador asociado en el Centro de Investigación Climática y Polar Byrd de la Universidad Estatal de Ohio.
«Es importante comprender cómo los microbios impulsan los procesos de metano», dijo Zhang, un microbiólogo cuya investigación examina cómo los microbios evolucionan en diversos entornos. «Las contribuciones microbianas a los procesos metabólicos del metano se han estudiado durante décadas, pero el campo viral todavía está bajo investigación en gran medida y queremos aprender más».
El estudio fue publicado hoy. Comunicaciones de la naturaleza.
Los virus han ayudado a impulsar todos los procesos ecológicos, bioquímicos y evolutivos de la Tierra, pero los científicos apenas están comenzando a explorar sus conexiones con el cambio climático. Por ejemplo, el metano es el segundo mayor generador de emisiones de gases de efecto invernadero después del dióxido de carbono, pero es producido principalmente por organismos unicelulares llamados arqueas.
«Los virus son la entidad biológica más abundante en la Tierra», dijo el coautor del estudio Matthew Sullivan, profesor de microbiología en el Centro de Ciencias del Microbioma de la Universidad Estatal de Ohio. «Aquí, ampliamos lo que sabemos sobre sus efectos agregando genes que ciclan el metano a la larga lista de genes metabólicos codificados por virus. Nuestro equipo trató de responder cuánto manipulan realmente los virus del ‘metabolismo microbiano’ durante la infección».
Aunque ahora se reconoce bien el importante papel que desempeñan los microbios en la aceleración del calentamiento atmosférico, se sabe poco sobre cómo los genes relacionados con el metabolismo del metano codificados por virus que infectan a estos microbios influyen en su producción de metano, dijo Zhang. Resolver este misterio llevó a Zhang y sus colegas a pasar casi una década recolectando y analizando muestras de ADN microbiano y viral de reservorios microbianos únicos.
El lugar principal que el equipo eligió para estudiar fue el lago Vrana, parte de una reserva natural protegida en Croacia. Dentro del sedimento del lago rico en metano, los investigadores encontraron una gran cantidad de genes microbianos que afectan la producción y oxidación de metano. Además, descubrieron diversas comunidades virales y revelaron 13 tipos de AMG que ayudan a regular el metabolismo de su huésped. A pesar de esto, no hay evidencia de que estos virus codifiquen directamente genes del metabolismo del metano, dijo Zhang, y agregó que la influencia potencial de los virus en el ciclo del metano varía según su hábitat.
En general, el estudio reveló que era probable que se encontraran grandes cantidades de AMG del metabolismo del metano en entornos relacionados con el huésped, como el revestimiento del estómago de las vacas, mientras que se encontraron menos de estos genes en hábitats ambientales como los sedimentos de los lagos. Dado que las vacas y otros animales son responsables de producir alrededor del 40% de las emisiones globales de metano, su trabajo sugiere que la compleja relación entre los virus, los organismos y el medio ambiente en su conjunto puede ser más compleja de lo que los científicos alguna vez pensaron.
«Estos hallazgos sugieren que los impactos globales de los virus están subestimados y merecen más atención», afirmó Zhang.
Aunque no está claro si las actividades humanas pueden haber afectado la evolución de estos virus, el equipo espera que los nuevos conocimientos obtenidos de este trabajo generen conciencia sobre el poder de los agentes infecciosos que habitan en todos los organismos de la Tierra. Aún así, se necesitan más experimentos para aprender más sobre los mecanismos internos de estos virus y sus contribuciones al ciclo del metano de la Tierra, dijo Zhang, especialmente mientras los científicos trabajan para encontrar formas de mitigar las emisiones de metano impulsadas por microbios.
«Este trabajo es un punto de partida para comprender los efectos virales del cambio climático», afirmó. «Todavía tenemos mucho que aprender».
Más información:
Zhi-Ping Zhong et al, La capacidad viral para modular el metabolismo microbiano del metano varía según el hábitat. Comunicaciones de la naturaleza (2024) DOI: 10.1038/s41467-024-46109-x
Proporcionado por la Universidad Estatal de Ohio
referencia: Los virus microbianos actúan como impulsores secretos del cambio climático, nuevo estudio (29 de febrero de 2024) Consultado el 29 de febrero de 2024 en https://phys.org/news/2024-02-microbianos-viruses-secret-drivers-climate.html
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