Mikrobielle Viren wirken laut einer neuen Studie als heimliche Treiber des Klimawandels

In einer neuen Studie haben Wissenschaftler herausgefunden, dass Viren, die Mikroben infizieren, zum Klimawandel beitragen, indem sie eine Schlüsselrolle beim Kreislauf von Methan, einem starken Treibhausgas, durch die Umwelt spielen.

Durch die Analyse von fast 1.000 Sätzen metagenomischer DNA-Daten aus 15 verschiedenen Lebensräumen, die von verschiedenen Seen bis zum Inneren des Magens einer Kuh reichen, fanden Forscher heraus, dass mikrobielle Viren spezielle genetische Elemente zur Steuerung von Methanprozessen tragen, die sogenannten Hilfsstoffwechselgene (AMGs). Je nachdem, wo die Organismen leben, kann die Anzahl dieser Gene variieren, was darauf hindeutet, dass die potenziellen Auswirkungen von Viren auf die Umwelt auch je nach Lebensraum unterschiedlich sind.

„Diese Entdeckung trägt entscheidend dazu bei, besser zu verstehen, wie Methan in verschiedenen Ökosystemen interagiert und sich bewegt“, sagte ZhiPing Zhong, Hauptautor der Studie und wissenschaftlicher Mitarbeiter am Byrd Polar and Climate Research Center der Ohio State University.

„Es ist wichtig zu verstehen, wie Mikroorganismen Methanprozesse vorantreiben“, sagte Zhong, ebenfalls Mikrobiologe, dessen Forschung untersucht, wie sich Mikroben in verschiedenen Umgebungen entwickeln. „Mikrobielle Beiträge zu Methanstoffwechselprozessen werden seit Jahrzehnten untersucht, aber die Forschung im viralen Bereich ist noch weitgehend unzureichend erforscht und wir wollen mehr erfahren.“

Die Studie war veröffentlicht heute in Naturkommunikation.

Viren haben dazu beigetragen, alle ökologischen, biogeochemischen und evolutionären Prozesse auf der Erde voranzutreiben, aber erst vor relativ kurzer Zeit haben Wissenschaftler damit begonnen, ihre Verbindung zum Klimawandel zu erforschen. Beispielsweise ist Methan nach Kohlendioxid der zweitgrößte Verursacher von Treibhausgasemissionen, wird jedoch größtenteils von einzelligen Organismen namens Archaeen produziert.

„Viren sind die am häufigsten vorkommende biologische Einheit auf der Erde“, sagte Matthew Sullivan, Co-Autor der Studie und Professor für Mikrobiologie am Center of Microbiome Science der Ohio State. „Hier haben wir unser Wissen über ihre Auswirkungen erweitert, indem wir Methan-Zyklus-Gene zur langen Liste viruskodierter Stoffwechselgene hinzugefügt haben. Unser Team wollte herausfinden, wie viel des ‚mikrobiellen Stoffwechsels‘ Viren tatsächlich während einer Infektion manipulieren.“

Obwohl die entscheidende Rolle, die Mikroben bei der Beschleunigung der Erwärmung der Atmosphäre spielen, inzwischen gut bekannt ist, weiß man wenig darüber, wie Gene, die mit dem Methanstoffwechsel in Zusammenhang stehen und von den Viren kodiert werden, die diese Mikroben infizieren, ihre Methanproduktion beeinflussen, sagte Zhong. Die Lösung dieses Rätsels veranlasste Zhong und seine Kollegen dazu, fast ein Jahrzehnt damit zu verbringen, mikrobielle und virale DNA-Proben aus einzigartigen mikrobiellen Reservoirs zu sammeln und zu analysieren.

Einer der wichtigsten Orte, die das Team für die Untersuchung ausgewählt hat, ist der Vrana-See, Teil eines Naturschutzgebiets in Kroatien. Im methanreichen Seesediment fanden Forscher eine Fülle mikrobieller Gene, die die Methanproduktion und -oxidation beeinflussen. Darüber hinaus entdeckten sie verschiedene Virusgemeinschaften und entdeckten 13 Arten von AMGs, die dabei helfen, den Stoffwechsel ihres Wirts zu regulieren. Dennoch gibt es keine Hinweise darauf, dass diese Viren selbst direkt Gene für den Methanstoffwechsel kodieren, was darauf hindeutet, dass der potenzielle Einfluss der Viren auf den Methankreislauf je nach Lebensraum unterschiedlich ist, sagte Zhong.

Insgesamt ergab die Studie, dass eine höhere Anzahl von AMGs für den Methanstoffwechsel eher in wirtsassoziierten Umgebungen wie dem Inneren des Magens einer Kuh zu finden ist, wohingegen weniger dieser Gene in Umweltlebensräumen, beispielsweise im Seesediment, gefunden wurden. Da Kühe und andere Nutztiere auch für etwa 40 % der weltweiten Methanemissionen verantwortlich sind, deuten ihre Arbeiten darauf hin, dass die komplexe Beziehung zwischen Viren, Lebewesen und der Umwelt insgesamt möglicherweise komplexer miteinander verbunden ist, als Wissenschaftler einst dachten.

„Diese Ergebnisse legen nahe, dass die globalen Auswirkungen von Viren unterschätzt werden und mehr Aufmerksamkeit verdienen“, sagte Zhong.

Obwohl unklar ist, ob menschliche Aktivitäten die Entwicklung dieser Viren beeinflusst haben könnten, erwartet das Team, dass die neuen Erkenntnisse aus dieser Arbeit das Bewusstsein für die Macht von Infektionserregern schärfen werden, alles Leben auf der Erde zu besiedeln. Um jedoch weiterhin mehr über die inneren Mechanismen dieser Viren zu erfahren, seien weitere Experimente erforderlich, um mehr über ihren Beitrag zum Methankreislauf der Erde zu verstehen, sagte Zhong, insbesondere da Wissenschaftler an Möglichkeiten arbeiten, die mikrobiell verursachten Methanemissionen zu mildern.

„Diese Arbeit ist ein erster Schritt, um die viralen Auswirkungen des Klimawandels zu verstehen“, sagte er. „Wir müssen noch viel lernen.“