دانشمندان بیشتر از ۲۰۰ ویروس غول‌پیکر تازه را در آب‌های اقیانوس شناسایی کرده‌اند که نه‌تنها در شکل‌دادن به اکوسیستم‌های دریایی نقش دارند، بلکه فرایند فتوسنتز در جلبک‌ها را نیز دست‌کاری می‌کنند.

این ویروس‌های بزرگ که پیش‌تر تقریباً از دید علم نهان مانده بودند، اکنون با منفعت‌گیری از ابررایانه‌های قوی و ابزار جدیدی به نام BEREN کشف شده‌اند.

ویروس‌های غول‌پیکر در بقای جانداران تک‌سلولی دریایی به نام «آغازیان» نقش دارند. این جانداران شامل جلبک‌ها، آمیب‌ها و تاژک‌داران می باشند که در پایه زنجیره‌های غذایی اقیانوس قرار دارند.

ازآنجا که آغازیان قسمت مهمی از این زنجیره غذایی را راه اندازی خواهند داد، ویروس‌های DNA ‌دارِ بزرگ زیاد تر مسئول ابراز تهدیدهای گوناگون برای سلامت عمومی، از جمله شکوفایی‌های جلبکی زیان‌بار، به شمار می‌آیند.

مطالعه‌ای تازه از دانشمندان مدرسه علوم دریایی، جوی و زمین‌شناسی «روزن‌استیل» امکان پذیر به روشن‌شدن تنوع گسترده ویروس‌های حاضر در آبراه‌ها و اقیانوس‌های ما پشتیبانی کند.

این دانش می‌تواند به مسئولان محلی پشتیبانی رساند تا آمادگی بهتری در برابر شکوفایی جلبکی زیان‌بار که امکان پذیر سواحل آن‌ها را تحت‌تأثیر قرار دهد داشته باشند، یا در صورت وجود ویروس‌های دیگر در خلیج‌ها، رودخانه‌ها یا دریاچه‌های محلی، عکس العمل مناسب‌تری نشان دهند.

(شکوفایی جلبکی به رشد سریع و انفجاری جمعیت جلبک‌ها (طبق معمولً فیتوپلانگتون‌ها) در آب‌های سطحی دریاها، دریاچه‌ها، رودخانه‌ها یا آبگیرها حرف های می‌شود.)

پژوهشگران با منفعت‌گیری از راه حلهای رایانش با توان بالا، ۲۳۰ ویروس غول‌پیکر تازه را در مجموعه داده‌های متاژنومی دریاییِ در دسترس عموم شناسایی کرده و عملکردهای آن‌ها را مورد بازدید قرار دادند.

یافته‌های این پژوهش که در نشریه Nature npj Viruses انتشار شده، شامل کشف ژنوم‌های جدیدی از ویروس‌های غول‌پیکر است که پیش‌تر در منبع های علمی ناشناخته بودند.

پژوهشگران با مطالعه این ویروس‌ها امیدوارند بتوانند شکوفایی‌ جلبکی زیان‌بار را پیش‌بینی کرده و این چنین کاربردهای زیست‌فناورانه جدیدی را از آنزیم‌های نوظهور حاضر در ژنوم این ویروس‌ها اشکار کنند.

در درون این ژنوم‌ها، ۵۳۰ پروتئین عملکردی تازه شناسایی شده که ۹ مورد از آن‌ها در فرایند فتوسنتز نقش دارند. این نوشته مشخص می کند که این ویروس‌ها به گمان زیادً قادرند میزبان خود و فرایند فتوسنتز را در زمان عفونت تحت‌تأثیر و دست‌کاری قرار دهند.

«محمد منیرالزمان»، یکی از نویسندگان این پژوهش و استادیار گروه زیست‌شناسی و بوم‌شناسی دریایی، او گفت:«با فهمیدن بهتر تنوع و نقش ویروس‌های غول‌پیکر در اقیانوس و نحوه تعامل آن‌ها با جلبک‌ها و دیگر میکروب‌های دریایی، می‌توانیم شکوفایی جلبکی زیان‌بار را که در فلوریدا و سراسر جهان تهدیدی برای سلامت انسان محسوب خواهد شد، پیش‌بینی و حتی مدیریت کنیم.»

او افزود:

«ویروس‌های غول‌پیکر زیاد تر عامل مهم مرگ تعداد بسیاری از فیتوپلانگتون‌ها می باشند؛ جاندارانی که پایه زنجیره غذایی را راه اندازی خواهند داد و از اکوسیستم‌های دریایی و منبع های غذایی حمایتمی‌کنند. عملکردهای نوینی که در این ویروس‌ها شناسایی شده‌اند، می‌توانند پتانسیل زیست‌فناورانه داشته باشند، چراکه برخی از این عملکردها امکان پذیر نشانگر آنزیم‌های کاملاً جدیدی باشند.»

تا همین اواخر، ویروس‌های غول‌پیکر به علت محدودیت‌های حاضر در سامانه‌های بیوانفورماتیکی، تا حد بسیاری از دید راه حلهای علمی نهان مانده بودند.

پژوهشگران ابزاری نوآورانه به نام BEREN (ابزار بیوانفورماتیکی برای بازیابی ویروس‌های یوکاریوتی از متاژنوم‌های محیطی) طراحی کردند که مقصد آن شناسایی ژنوم ویروس‌های غول‌پیکر در بین دیتاست گسترده توالی‌یابی DNA عمومی است.

«بنجامین مینچ»، نویسنده مهم این پژوهش و دانشجوی دکترای گروه زیست‌شناسی و بوم‌شناسی دریایی در مدرسه «روزن‌استیل»، او گفت:

«ما کشف کردیم که ویروس‌های غول‌پیکر دارای ژن‌هایی می باشند که در عملکردهای سلولی همانند متابولیسم کربن و فتوسنتز نقش دارند – عملکردهایی که به طور سنتی تنها در جانداران سلولی یافت خواهد شد.»

او در ادامه گفت:

«این نوشته مشخص می کند که ویروس‌های غول‌پیکر نقش زیاد پررنگی در دست‌کاری متابولیسم میزبان خود در طول عفونت ایفا می‌کنند و بر زیست‌زمین‌شیمی دریایی تأثیرگذارند.»

نویسندگان این پژوهش برای پردازش و سرهم کردن متاژنوم‌های حجیم از ابررایانه «پگاسوس» در دانشگاه «میامی» منفعت گیری کردند. این توان محاسباتی، امکان بازسازی صدها کتابخانه از جوامع میکروبی را فراهم آورد.

«مینچ» افزود:

«این مطالعه به ما امکان داد چارچوبی تشکیل کنیم که ابزارهای حاضر برای شناسایی ویروس‌های نوظهور را بهبود بخشد؛ امری که می‌تواند توانایی ما را در پایش آلودگی‌ها و عوامل بیماری‌زا در آبراه‌ها تحکیم کند.»

تیم پژوهشی داده‌های توالی‌یابی DNA را از پروژه بزرگ مثالبرداری جهانی اقیانوس‌ها که از قطب شمال تا قطب جنوب را در بر می‌گرفت، دریافت کردند.

با منفعت گیری از ابزار BEREN، دانشمندان ژنوم‌های ویروس‌های غول‌پیکر را از این داده‌ها استخراج کردند. سپس این ژنوم‌ها با منفعت‌گیری از پایگاه‌های داده عمومی کارکرد ژن‌ها، توضیح کارکرد (Annotation) گرفتند تا نقش‌های کدگذاری شده توسط این ویروس‌ها شناسایی شود. این چنین این ژنوم‌ها با همه نمایندگان ویروس‌های غول‌پیکر حاضر در داده‌ها قیاس شدند تا عملکردهای نوین کشف شوند.

برنامه BEREN که در این پژوهش مورد منفعت گیری قرار گرفت، خلأ حاضر در حوزه تحقیقات را با اراعه ابزاری آسان، کاربردی و جامع برای شناسایی و طبقه‌بندی ویروس‌های غول‌پیکر در داده‌های توالی‌یابی پر کرده است.