اخیرا درپی کشفی مهم، دست‌کم پنج هزار گونه ویروس جدید از اقیانوس‌های سراسر جهان پیدا شد که پژوهشگران را بر آن داشت تا دسته‌بندی‌های بیشتری برای طبقه‌بندی ویروس‌ها ارائه دهند که تنوع آن‌ها را به درستی نشان دهد.

این پیشرفت که با هدایت یک گروه بین‌المللی از پژوهشگران به دست آمد، با ارزیابی ۳۵ هزار نمونه جامع آب از سراسر جهان برای شناسایی ویروس‌های جدید که حاوی ماده ژنتیکی آران‌ای بودند، تجزیه و تحلیل‌های یادگیری ماشینی را با شجره‌های تکاملی متعارف ترکیب کرد.

پژوهشگران توضیح دادند که «تنها برش کوچکی» از هزاران گونه ویروسی که به انسان، گیاهان، و حیوانات آسیب می‌رساند، مورد مطالعه قرار گرفته است.

این یافته‌ها که روز پنجشنبه، ۷ آوریل، در نشریه ساینس منتشر شد، حاکی از آن است که گونه‌های ویروس تازه کشف شده نه تنها پنج شاخه ویروس آران‌ای شناخته‌شده – یا سطح طبقه‌بندی- را نشان می‌دهد، بلکه مشخص می‌کند که برای نشان دادن تنوع یافته‌ها دست‌کم به پنج شاخه جدید نیاز داریم.

به گفته پژوهشگران، با اینکه صدها گونه جدید ویروس آران‌ای در بخش‌های موجود قرار می‌گیرند، اکنون هزاران گونه دیگر را نیز می‌توان در پنج شاخه پیشنهادی جدید دسته‌بندی کرد.

(این شاخه‌ها) عبارتند از: «تاراویریکوتا(Taraviricota)، پومیویریکوتا (Pomiviricota)، پارکسنوویریکوتا (Paraxenoviricota)، واموویریکوتا (Wamoviricota)، و آرکتیویریکوتا (Arctiviricota). 

در این پژوهش اشاره شد که فراوان‌ترین مجموعه از گونه‌های تازه شناسایی شده، متعلق به شاخه پیشنهادی «تاراویتیکوتا» (Taraviricota) است.

نام پیشنهادی برای این شاخه، اشاره‌ای است به منبع ۳۵ هزار نمونه آبی که تجزیه و تحلیل را امکان‌پذیر کرد؛ کنسرسیوم اقیانوس‌های تارا، مطالعه‌ای جهانی که تاثیر تغییرات اقلیمی بر اقیانوس‌های جهان را روی کشتی تارا ارزیابی می‌کند.

«در نشریه ساینس آمده است که ارزیابی گسترده‌ توالی‌های آران‌ای اقیانوسی از آب‌های سراسر جهان، هزاران ویروس آران‌ای ناشناخته قبلی را شناسایی کرده است – که شاخه‌ ویروس آران‌ای شناخته شده را دوبرابر می‌کند - ازجمله برخی از آن‌ها نماد «حلقه گمشده» در تکامل ویروس آران‌ای هستند.»

دکتر جیسون اچ.مور، ۷ آوریل ۲۰۲۲

متیو سالیوان، نویسنده ارشد این مطالعه در دانشگاه ایالتی اوهایو، در بیانیه‌ای گفت: «تنوع‌های تازه بسیاری – و شاخه کاملی به نام تاراویریکوتا، در تمام اقیانوس‌ها پیدا شد که نشان می‌دهد اهمیت زیست‌محیطی دارند.»

به گفته دانشمندان، ویروس‌هایی که میکروب‌ها را آلوده می‌کنند، سه عملکرد اصلی دارند: کشتن سلول‌ها، تغییر نحوه مدیریت انرژی سلول‌های آلوده، و انتقال ژن‌ها از یک میزبان به میزبان دیگر.

بنابراین، کشف اطلاعات بیشتر درباره تنوع ویروس در سراسر زمین و اقیانوس‌های جهان به درک بهتر نقش میکروب‌های دریایی در سازگاری اقیانوس‌ها با تغییرات اقلیمی کمک می‌کند.  

این میکروب‌های دریایی در حکم «دستگیره» (knob) پمپ بیولوژیکی‌اند که بر چگونگی ذخیره کربن در اقیانوس‌ها اثر می‌گذارد، چون منابع آبی کلانی که بیشتر زمین را دربرمی‌گیرند، نیمی از دی‌اکسید کربن جوی تولیدشده از فعالیت‌های انسانی را جذب می‌کنند.    

هم‌زمان که دانشمندان می‌کوشند نقش ویروس‌ها را در اکوسیستم‌های اقیانوسی درک کنند، نظام طبقه‌بندی ویروس‌ها نیز به تکامل خود ادامه می‌دهد.

کمیته بین‌المللی طبقه بندی ویروس‌ها (آی‌سی‌تی‌وی) اخیرا پنج شاخه را در قلمرو زیست‌شناختی «اورتوناویرای» (Orthornavirae) شناسایی کرده است.

درحالی که مطالعات پیشین روی بررسی ویروس‌های دی‌ان‌ای، از ذرات ویروسی برای تجزیه و تحلیل بهره می‌گرفت، پژوهش‌های جدید باید بر توالی‌های استخراج شده از ژن‌هایی تکیه می‌کرد که از موجودات شناور در دریا به دست آمده بود.

تجزیه و تحلیل به توالی‌های آران‌ای محدود شد که حاوی ژن نشانه آردی‌آرپی مورد نیاز برای تکثیر ویروس است، که میلیاردها سال در ویروس‌های آران‌ای تکامل یافته است و در سایر ویروس‌ها یا سلول‌ها وجود ندارد.

موقعیت توالی آردی‌آرپی (RdRp) از زمان وجود این ژن که به نخستین پیدایش حیات روی زمین برمی‌گردد، چندین بار دگرگون شده است.

این بدان معنا است که نمی‌توان صرفا از توالی‌ها برای توصیف رابطه تکاملی‌شان استفاده کرد.

بنابراین، پژوهشگران از یادگیری ماشینی برای سازماندهی ۴۴ هزار توالی جدید به روشی استفاده کردند که این میلیاردها سال واگرایی توالی را مدیریت کند، و وقتی نشان دادند با این روش می‌توان ویروس‌های آران‌ای را که قبلا شناسایی شده‌اند، به‌دقت طبقه‌بندی کرد، آن (روش) را تایید کردند.  

دکتر سالیوان گفت: «ما روش محاسباتی تکرارپذیری برای تراز آن توالی‌ها ایجاد کردیم، تا جایی که می‌توانیم مطمئن‌تر باشیم که موقعیت‌هایی را تراز می‌کنیم که دقیقا تکامل را منعکس می‌کنند.»

نمونه‌های سه‌بعدی ساختارهای توالی و هم‌ترازی نیز نشان داد که خوشه‌ای از پنج هزار و پانصد گونه جدید در پنج شاخه موجود ویروس‌های آران‌ای که در قلمرو «اورتورناواری‌آ» (Orthornavirae) طبقه‌بندی شده‌اند، قرار نمی‌گیرند.

احمد زاید، نویسنده دیگر (co-first author) این مقاله، در بیانیه‌ای گفت:«ما خوشه‌های خود را با آرایه‌های شناخته‌‌شده موجود مبتنی بر فیلوژنی محک زدیم و به این ترتیب، دریافتیم که خوشه‌های بیشتری نسبت به خوشه‌های فعلی داریم.»

دکتر زاید گفت: «آردی‌آرپی قرار است یکی از کهن‌ترین ژن‌ها باشد؛ این ژن قبل از نیاز به دی‌ان‌ای وجود داشته است. بنابراین ما نه تنها منشا ویروس، بلکه منشا حیات را نیز ردیابی می‌کنیم.»

پژوهشگران همچنین ادعا می‌کنند که دست کم ۱۱ دسته اورتورناویران جدید از ویروس‌های آران‌ای وجود دارد، نه فقط پنج شاخه جدید.