Phát hiện hàng nghìn loại vi rút bí ẩn thống trị các đại dương trên thế giới

Nghiên cứu mới, được công bố hôm 9.6 trên tạp chí Science, tập trung vào các vi rút có chứa RNA, “anh em” họ phân tử của DNA. Vi rút RNA được biết đến nhiều nhất bởi các loại bệnh mà chúng gây cho con người, từ cảm lạnh thông thường đến COVID-19. Tuy nhiên, khi nói đến vi rút RNA trong đại dương, các nhà khoa học chỉ đang tìm hiểu về sự đa dạng có thể được tìm thấy và phạm vi vật chủ mà chúng lây nhiễm.

“Dựa trên nghiên cứu mới, chúng tôi chắc chắn rằng hầu hết các vi rút RNA trong đại dương đang lây nhiễm cho vi sinh vật nhân chuẩn, như nấm và sinh vật nguyên sinh, và ở mức độ thấp hơn là động vật không xương sống”, Guillermo Dominguez-Huerta, đồng tác giả nghiên cứu và từng là tiến sĩ tại Đại học Bang Ohio (OSU), nói với Live Science. Sinh vật nhân chuẩn là sinh vật có các tế bào phức tạp chứa vật liệu di truyền của chúng bên trong nhân.

Các vật chủ vi rút này - cụ thể là nấm và sinh vật nguyên sinh - hấp thụ carbon dioxide từ khí quyển và do đó ảnh hưởng đến lượng carbon được lưu trữ trong đại dương. Theo Steven Wilhelm, điều tra viên chính của Nhóm nghiên cứu sinh thái vi sinh vật dưới nước tại Đại học Tennessee Knoxville, bằng cách lây nhiễm cho những sinh vật này, vi rút RNA có thể ảnh hưởng đến cách carbon chảy qua đại dương.

Đầu năm nay, Dominguez-Huerta và các đồng nghiệp báo cáo đã tìm thấy hơn 5.500 vi rút RNA chưa từng biết trước đây trong các đại dương trên thế giới. Nghiên cứu này được xuất bản ngày 7.4 trên tạp chí Science.

Theo đó, các nhà khoa học đã phân tích 35.000 mẫu nước thu thập từ 121 địa điểm trên 5 đại dương bởi Tara Oceans Consortium - một nghiên cứu toàn cầu nhằm kiểm tra tác động của biến đổi khí hậu đối với các đại dương. Những mẫu nước này chứa đầy sinh vật phù du - những sinh vật nhỏ bé trôi theo dòng chảy và thường đóng vai trò là vật chủ cho vi rút RNA.

Để phát hiện ra vi rút trong các sinh vật phù du này, họ đã sàng lọc tất cả RNA trong tế bào của sinh vật phù du để tìm ra một đoạn mã di truyền cụ thể, được gọi là gien RdRp. Dominguez-Huerta cho biết: “Đó là trình tự mã hóa… duy nhất phổ biến trên tất cả các vi rút RNA. Tuy nhiên, gien RdRp không có trong tế bào và các loại vi rút khác”.

Quá trình sàng lọc dựa vào trí tuệ nhân tạo đã giúp xác định được hơn 44.000 gien mã hóa của vi rút. Từ đó, các nhà nghiên cứu muốn hiểu rõ hơn về cách những loại vi rút này phân bố trên toàn cầu và những vật chủ mà chúng nhắm mục tiêu.

Để xác định các vật chủ lan truyền này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng một số kỹ thuật. Trong đó, có phương pháp liên quan đến việc so sánh bộ gien của vi rút RNA có vật chủ đã biết với bộ gien của vi rút mới phát hiện và một phương pháp khác liên quan đến việc tìm kiếm các đoạn RNA hiếm trong bộ gien của tế bào chủ. Phân tích này cũng cho thấy nhiều vi rút RNA trong đại dương lây nhiễm qua nấm và động vật nguyên sinh, một số lây nhiễm động vật không xương sống và một phần nhỏ lây nhiễm vi khuẩn.

Nhóm nghiên cứu cũng bất ngờ phát hiện ra rằng 95 trong số các loại vi rút mang gien mà chúng đã “đánh cắp” từ tế bào chủ. Trong vật chủ, những gien này giúp chỉ đạo các quá trình trao đổi chất trong tế bào. Các tác giả kết luận khám phá này cho thấy vi rút đã làm rối tung quá trình trao đổi chất của vật chủ theo một cách nào đó, có khả năng là để tối đa hóa việc sản sinh ra các vi rút mới.

Sau khi xác định vật chủ nào có khả năng lây nhiễm vi rút RNA đại dương, nhóm nghiên cứu xác định rằng khoảng 1.200 vi rút có thể tham gia vào quá trình lưu trữ carbon. Theo đó, thực vật phù du ở bề mặt đại dương sẽ hấp thụ carbon thải ra từ khí quyển, đưa vào các sinh vật biển. Thông qua một quá trình quan trọng như một máy bơm sinh học, carbon hữu cơ này có thể đi từ bề mặt biển đến độ sâu đại dương khi tảo, phân của các sinh vật chìm xuống.

Theo Viện Nghiên cứu Thủy cung Vịnh Monterey, vì lý do này, việc lưu trữ carbon là một yếu tố quan trọng mà các nhà khoa học đưa vào các mô hình biến đổi khí hậu. Nghiên cứu mới cho thấy sự lây nhiễm của các sinh vật biển bởi vi rút RNA có thể là một yếu tố khác, chưa từng được biết đến trước đây, thúc đẩy dòng chảy carbon trong đại dương từ bề mặt đến biển sâu.

Theo Wilhelm, vi rút RNA cũng có thể thúc đẩy dòng chảy carbon bằng cách tách khỏi vật chủ của chúng và làm tràn carbon cô lập ra đại dương, vì vi rút thường bùng phát ra khỏi vật chủ sau khi nhân lên nhanh chóng bên trong cơ thể.