Вирусы с гигантскими размерами, которые значительно превосходят по геному и способности к функциональной активности большинство известных вирусов, уже давно перестали быть исключением в области вирусологии. Гигантские вирусы (GV) мирового океана стали предметом интенсивных исследований, поскольку они играют ключевую роль в микробных пищевых цепочках, а также в биогеохимических циклах планеты. Недавние достижения в области метагеномики позволили обнаружить более 1800 новых геномов таких вирусов, существенно расширяя фронтиры наших знаний о морском вирусном разнообразии. Однако по сравнению с другими морскими организмами, особенно прокариотами и их вирусным миром, количество доступных геномных данных о гигантских вирусах остается относительно скромным. Современные исследования выявили и описали 230 новых высококачественных геномов гигантских вирусов, а также 398 частичных вариантов, собранных из девяти различных метагеномных наборов данных с океанов по всему миру.
Особое значение имеют находки из Балтийского моря — одного из крупнейших брахиалинов мирового океана, для которого ранее было получено крайне мало сведений о вирусном разнообразии и экологии. Новый материал не только расширяет филогенетические знания, но и даёт представление о метаболическом потенциале вирусов, а также об экологических факторах, влияющих на их численность и распространение. Гигантские вирусы обладают уникальным геномом, который по размеру и сложности порой сравним с небольшими бактериальными или одноклеточными эукариотическими организмами. Их размеры варьируются от 50 тысяч пар оснований до 1,3 миллиона, а средний размер составляет примерно 211 тысяч пар оснований. В отличие от более мелких вирусов, они могут содержать целый набор генов, ранее не встречавшихся у них, включая гены, участвующие в центральном углеродном метаболизме, фотосинтезе и регуляции ДНК.
Такой богатый набор функциональных возможностей позволяет им оказывать значительное влияние на клеточный метаболизм хозяев — в основном одноклеточных эукариот, которые составляют важную часть морского фитопланктона и протистов. 400 новых геномов показывают, что представители различных таксономических порядков гигантских вирусов имеют специфические особенности. Так, вирусы из ордена Algavirales обладают более крупными геномами с низким содержанием GC-баз (около 31,5%), тогда как представители Pandoravirales придерживаются высоких значений GC (около 55%). Экспертиза в области составных элементов аминокислот, таких как азот и сера в белках, предоставила новые гипотезы о взаимосвязи между экологическими условиями и геномной адаптацией вирусов. Например, существует предположение, что вирусы с более высоким содержанием азота в своих белках могут оказывать более значительную нагрузку на азотный бюджет своих хозяев во время инфекции.
Филогенетический анализ по ключевому маркерному гену (полимераза ДНК типа B) не выявил значимых географических кластеризаций вирусов, что указывает на широкое распространение и перемешивание популяций. Это подтверждает идею о глобальной распространённости гигантских вирусов и их способности адаптироваться к различным условиям. Вместе с тем, данные свидетельствуют о разделении функционального потенциала среди вирусных порядков. Например, Imitervirales обнаруживают высокий уровень генов, отвечающих за центральный углеродный обмен, транспорта и регуляции ДНК, включая мутационные и эпигенетические механизмы. Тогда как Algavirales практически лишены этих генов, имея при этом более крупные геномы.
Одним из наиболее захватывающих открытий стала находка новых вирусных генов, связанных с фотосинтезом. Компоненты фотосистем I и II, цитохром b6f и ATP-синтаза были найдены в геномах вирусов, что расширяет представления о том, как вирусы могут оказывать влияние на фотосинтетические процессы своих хозяев. Эти гены, обнаруженные вместе с прочими вирусными маркерами на тех же геномных участках, свидетельствуют о том, что гигантские вирусы могут модулировать фотосинтетический аппарат во время инфекции, поддерживая активность хозяина и максимизируя репликацию вируса в условиях морского освещения. Балтийское море – удивительный объект для изучения вирусного разнообразия из-за своего уникального брахиалинного характера и сильного влияния антропогенных и природных факторов. Анализ метаданных, включая физико-химические параметры, а также данные о биологической продукции, показал, что глубина, солёность и уровень бактериальной продукции коррелируют с распространённостью и составом вирусных сообществ.
При этом эти корреляции варьируются в зависимости от таксономической принадлежности вирусов, что подчёркивает важность учета биологических взаимодействий при оценке экологической роли вирусов. Вирусы гигантских размеров оказывают глубокое воздействие на морские экосистемы, влияя на пищевые цепочки, трофическую динамику и биогеохимические круговороты. Они способны изменять метаболизм инфицируемых хозяев, благодаря чему регулируют поток веществ и энергии. По мере улучшения технологий секвенирования и анализа метагеномных данных, появление новых методов, таких как инструмент BEREN, способствует более эффективному обнаружению и сбору вирусных геномов из сложных природных проб. Результаты таких исследований открывают двери к пониманию эволюции вирусов, их функций и экологических ролей на планетарном уровне.
