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Scoperti virus sconosciuti in un ghiacciaio cinese

Reading Time: 6 minutes

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livello elementare

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ARGOMENTO: BIOLOGIA
PERIODO: XXI SECOLO
AREA: VIROLOGIA

parole chiave: Virus, ghiacciai
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Sono stati ritrovati in alcuni carotaggi prelevati in un ghiacciaio nel Tibet cinese dei virus sconosciuti di quasi 15.000 anni. Al di là della loro longevità quello che ha colpito gli scienziati è che sono diversi da tutti i virus che sono stati catalogati fino ad oggi. Non sembra possano essere pericolosi per l’Uomo ma la scoperta che possano esistere dei virus “dormienti” nei ghiacciai pone nuove domande.

I risultati, pubblicati il ​​20 luglio 2021, sulla rivista Microbiome, potrebbero aiutare gli scienziati a capire come si sono evoluti i virus nel corso dei millenni.

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Questi ghiacciai si sono formati gradualmente e, insieme a polvere e gas, in quel ghiaccio si sono depositati anche molti, molti virus“, ha affermato Zhi-Ping Zhong, autore principale dello studio e ricercatore presso l’Ohio State University Byrd Polar and Climate Research. Centro che si occupa anche di microbiologia. “I ghiacciai nella Cina occidentale non sono ben studiati e il nostro obiettivo è utilizzare queste informazioni per riflettere gli ambienti passati. E i virus fanno parte di quegli ambienti”.

I ricercatori hanno analizzato le carote di ghiaccio prelevate nel 2015 dal ghiacciaio di Guliya nella Cina occidentale. I nuclei furono raccolti ad alta quota, sulla vetta di Guliya, a 22.000 piedi sul livello del mare, ad una profondità di 1017 piedi. I glaciologi utilizzano questi carotaggi per studiare come gli strati di ghiaccio si accumulano anno dopo anno, intrappolando tutto ciò che c’era nell’atmosfera intorno a loro nel momento in cui ogni strato si congelava. Questi strati creano una sorta di sequenza temporale, che gli scienziati utilizzano per comprendere meglio i cambiamenti climatici, le distribuzione microbica, i virus e i gas in atmosfera nel corso della storia del pianeta.

I ricercatori, che hanno anche creato un nuovo metodo per analizzare microbi e virus nel ghiaccio senza contaminarlo, hanno determinato che gli strati più antichi del ghiaccio avevano quasi 15.000 anni, ovvero prima dell’ultima glaciazione. La cosa straordinaria è che, analizzandone il contenuto, hanno trovato i codici genetici di 33 virus. Quattro di questi virus erano già stati noti dalla comunità scientifica ma gli altri 28 sono nuovi. Circa la metà di loro sembrava essere sopravvissuto al momento in cui furono congelati.

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Siti di campionamento del ghiaccio glaciale e una panoramica del disegno sperimentale. a Posizione della calotta glaciale di Guliya; b siti di perforazione delle carote di ghiaccio S3 e PS nella calotta glaciale di Guliya; c profondità di campionamento di otto campioni di ghiaccio utilizzati per indagare sulle comunità microbiche e virali; e d una panoramica del disegno sperimentale per le indagini microbiche e virali dei campioni di ghiaccio raccolti. Le carote S3 e PS sono state perforate rispettivamente dalla sommità e dall’altopiano della calotta glaciale di Guliya (b). Sono indicate la data di perforazione e la lunghezza delle due carote di ghiaccio e l’età approssimativa di ciascun campione (c). I nomi dei campioni sono codificati in base alla profondità, ad esempio per D13.3 si trova a 13,3 m sotto la superficie del ghiacciaio. Tutti i campioni sono stati sottoposti a indagini microbiche e due campioni D25 e D49 (azzurro) sono stati selezionati per l’indagine virale – disegno da studio citato 

Questi sono virus che avrebbero prosperato in ambienti estremi“, ha detto Matthew Sullivan, coautore dello studio, professore di microbiologia all’Ohio State e direttore del Center of Microbiome Science dell’Ohio. “Questi virus hanno firme di geni che li aiutano a infettare le cellule in ambienti freddi – solo firme genetiche surreali di come un virus è in grado di sopravvivere in condizioni estreme. Queste non sono firme facili da estrarre e il metodo sviluppato da Zhi-Ping per decontaminare i nuclei e per studiare microbi e virus nel ghiaccio potrebbe aiutarci a cercare queste sequenze genetiche in altri ambienti ghiacciati estremi – Marte, ad esempio, la Luna, o più vicino a casa, nel deserto di Atacama sulla Terra.”

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Yao Tandong, a sinistra, e Lonnie Thompson, a destra, esaminano un carotaggio dal ghiacciaio di Guliya nell’altopiano tibetano nel 2015. Credito: immagine https://www.eurekalert.org/ per gentile concessione di Lonnie Thompson, The Ohio State University

I virus non condividono un gene comune e universale, quindi identificare un nuovo virus e tentare di capire dove si inserisce nel panorama dei virus noti comporta più passaggi. Per confrontare virus non identificati con virus noti, gli scienziati confrontano i set di geni in database scientifici. Per quanto concerne i quattro noti, si tratta di virus che in genere infettano i batteri. L’analisi dei ricercatori ha mostrato che i virus probabilmente hanno avuto origine dal suolo o dalle piante, non da fonti animali.

La ricerca è stata uno sforzo interdisciplinare tra il Byrd Center dell’Ohio State e il Center for Microbiome Science. Le carote di ghiaccio di Guliya del 2015 sono state raccolte e analizzate nell’ambito di un programma di collaborazione tra il Byrd Polar and Climate Research Center e l’Institute of Tibetan Plateau Research dell’Accademia cinese delle scienze, finanziato dalla US National Science Foundation e dall’Accademia cinese delle scienze. I finanziamenti provenivano anche dalla Gordon and Betty Moore Foundation e dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti.

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Tassonomie (a), comunità (b) e collegamenti host (c-f) di 33 vOTU recuperati da due campioni di ghiaccio glaciale. Una tassonomia virale è stata assegnata confrontando l’analisi di rete basata sul contenuto del genoma dei 33 ghiacciai vOTU e 2304 genomi virali noti nel database RefSeq dell’NCBI utilizzando vConTACT v2 (vedi “Materiali e metodi”). Le vOTU sono state classificate in tre gruppi: “Singletons” (grigio) che non avevano parenti stretti; “VC esclusivi” (neri) che erano cluster virali (VC) esclusivamente di ghiaccio glaciale vOTU; e “VC classificati” (blu) che includevano i vOTU del ghiaccio del ghiacciaio e i genomi virali Refseq. b La copertura normalizzata di questi 33 vOTU è stata generata mappando le letture di qualità controllata su vOTU ed è stata normalizzata per gigabase di metagenoma. c–f Abbondanza relativa di tre abbondanti (>1,0%) generi microbici e dei loro virus: c Methylobacterium in D25, d Methylobacterium in D49, e Janthinobacterium in D25 e f Sphingomonas in D49. Le abbondanze relative di microbi si basano sul sequenziamento dell’amplicone (i.e. un frammento di DNA o RNA che è la fonte e/o il prodotto di reazioni di amplificazione o di replicazione) dell’rRNA 16S e le vOTU si basano sulle loro coperture generate mappando le letture controllate dalla qualità alle vOTU. I virus sono stati collegati agli host con tre metodi: Blastn, VirHostMatcher e CRISPR match (vedi nello studio originale “Materiali e metodi”)- da studio citato


Una nuova frontiera… ma quali i rischi?
Lo studio dei virus nei ghiacciai è relativamente nuovo: solo due studi precedenti hanno identificato virus nei carotaggi di strati di ghiaccio antico. Un’area della scienza che sta diventando sempre più importante a causa dei cambiamenti climatici, ha affermato Lonnie Thompson, autore senior dello studio, illustre professore universitario di scienze della terra presso l’Ohio State e ricercatore senior presso il Byrd Center.

Sappiamo molto poco di virus e microbi in questi ambienti estremi e di cosa c’è effettivamente lì“, ha detto Thompson. Studi più approfonditi ci diranno come batteri e virus reagiscono ai cambiamenti climatici ovvero cosa succede quando passiamo da un’era glaciale a un periodo caldo come quello in cui ci troviamo adesso. Ci si domanda quali possano essere i rischi per l’Uomo. Se venissero risvegliati virus letali, i laboratori sarebbero in grado di mantenerli in sicurezza? Fughe dai laboratori possono sempre accadere .. e forse ne stiamo ancora pagando gli errori.

 

Riferimento:Glacier ice archives quasi 15.000 anni di microbi e fagi” di Zhi-Ping Zhong, Funing Tian, ​​Simon Roux, M. Consuelo Gazitúa, Natalie E. Solonenko, Yueh-Fen Li, Mary E. Davis, James L. Van Etten, Ellen Mosley-Thompson, Virginia I. Rich, Matthew B. Sullivan e Lonnie G. Thompson, 20 luglio 2021, Microbioma.  DOI: 10.1186/s40168-021-01106-w

Lonnie Thompson, thompson.3@osu.edu

 


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