Armés d’un catalogue de centaines de milliers d’espèces de virus à ADN et à ARN présents dans les océans du monde, les scientifiques se concentrent désormais sur les virus les plus susceptibles de lutter contre le changement climatique en aidant à piéger le dioxyde de carbone dans l’eau de mer ou, en utilisant des techniques similaires, sur différents virus qui pourraient empêcher la fuite de méthane provenant du dégel des sols arctiques.
En combinant les données de séquençage génomique avec l’analyse de l’intelligence artificielle, les chercheurs ont identifié des virus présents dans les océans et évalué leur génome pour découvrir qu’ils « volent » les gènes d’autres microbes ou cellules qui traitent le carbone dans la mer. La cartographie des gènes du métabolisme microbien, y compris ceux du métabolisme du carbone sous-marin, a révélé 340 voies métaboliques connues dans les océans du monde. Parmi ceux-ci, 128 ont également été trouvés dans le génome de virus océaniques.
« J’ai été choqué que ce chiffre soit si élevé », a déclaré Matthew Sullivan, professeur de microbiologie et directeur du Center of Microbiome Science à l’Ohio State University.
Après avoir exploité cette mine massive de données grâce aux progrès du calcul, l’équipe a maintenant révélé quels virus jouent un rôle dans le métabolisme du carbone et utilise ces informations dans des modèles métaboliques communautaires récemment développés pour aider à prédire comment l’utilisation des virus pour modifier le microbiome océanique afin d’obtenir un meilleur carbone. la capture ressemblerait.
« La modélisation porte sur la manière dont les virus peuvent augmenter ou réduire l’activité microbienne dans le système », a déclaré Sullivan. « La modélisation métabolique communautaire me donne les données de mon rêve : quels virus ciblent les voies métaboliques les plus importantes, et cela est important car cela signifie qu’ils constituent de bons leviers sur lesquels s’appuyer. »
Sullivan a présenté la recherche aujourd’hui à l’assemblée annuelle de Association américaine pour l’avancement de la science à Denver.
Sullivan était le coordinateur des virus du Consortium Tara Oceans, une étude mondiale de trois ans sur l’impact du changement climatique sur les océans du monde et la source de 35 000 échantillons d’eau contenant la générosité microbienne. Son laboratoire se concentre sur les phages, les virus qui infectent les bactéries, et sur leur potentiel à être étendus dans un cadre d’ingénierie pour manipuler les microbes marins afin de convertir le carbone en la forme organique la plus lourde qui coulera au fond de l’océan.
« Les océans absorbent du carbone, ce qui nous protège du changement climatique. Le CO2 est absorbé sous forme de gaz et sa conversion en carbone organique est dictée par les microbes », a déclaré Sullivan. « Ce que nous constatons maintenant, c’est que les virus ciblent les réactions les plus importantes dans les métabolismes de ces communautés microbiennes. Cela signifie que nous pouvons commencer à rechercher quels virus pourraient être utilisés pour convertir le carbone en celui que nous souhaitons.
« En d’autres termes, pouvons-nous renforcer cet immense tampon océanique pour en faire un puits de carbone permettant de gagner du temps contre le changement climatique, au lieu que ce carbone soit rejeté dans l’atmosphère pour l’accélérer ? »
En 2016, l’équipe Tara a déterminé que le naufrage du carbone dans l’océan était lié à la présence de virus. On pense que les virus aident à absorber le carbone lorsque les cellules de transformation du carbone infectées se regroupent en agrégats plus gros et collants qui tombent au fond de l’océan. Les chercheurs ont développé des analyses basées sur l’IA pour identifier des milliers de virus, dont peu sont des virus « VIP », à cultiver en laboratoire et à utiliser comme systèmes modèles pour la géo-ingénierie océanique.
Cette nouvelle modélisation métabolique communautaire, développée par le professeur Damien Eveillard du Consortium Tara Oceans, les aide à comprendre quelles pourraient être les conséquences involontaires d’une telle approche. Le laboratoire de Sullivan utilise ces leçons océaniques et les applique à l’utilisation de virus pour créer des microbiomes en milieu humain afin de faciliter la guérison d’une lésion de la moelle épinière, d’améliorer les résultats pour les nourrissons nés de mères séropositives, de combattre l’infection des brûlures, et bien plus encore.
« La conversation que nous avons est la suivante : « Dans quelle mesure cela est-il transférable ? », a déclaré Sullivan, également professeur de génie civil, environnemental et géodésique. « L’objectif global est de concevoir des microbiomes pour ce que nous pensons être quelque chose d’utile. »
Il a également rendu compte des premiers efforts visant à utiliser les phages comme outils de géo-ingénierie dans un écosystème totalement différent : le pergélisol du nord de la Suède, où les microbes modifient le climat et réagissent au changement climatique à mesure que le sol gelé dégèle.
Virginia Rich, professeure agrégée de microbiologie à l’Ohio State, est codirectrice de l’EMERGE Biology Integration Institute basé dans l’Ohio State, qui organise la science du microbiome sur le site suédois. Rich a également codirigé des recherches antérieures qui ont identifié une lignée d’organismes unicellulaires présents dans le sol du pergélisol en train de dégeler comme un producteur important de méthane, un puissant gaz à effet de serre.
Rich a co-organisé la session AAAS avec Ruth Varner de l’Université du New Hampshire, qui codirige l’Institut EMERGE, qui se concentre sur une meilleure compréhension de la façon dont les microbiomes réagissent au dégel du pergélisol et aux interactions climatiques qui en résultent.
La conférence de Sullivan était intitulée « De la biologie des écosystèmes à la gestion des microbiomes avec des virus » et a été présentée lors de la session intitulée « Gestion des écosystèmes ciblée sur le microbiome : petits acteurs, grands rôles ».
Plus d’information:
Séance de présentation : aaas.confex.com/aaas/2024/meet … pp.cgi/Session/32021