Вирусы в океанской воде

Обновлено: 28.03.2024

Учёные всерьёз обеспокоены появлением абсолютно неизвестных вирусов. Американские вирусологи изучили более 35 тысяч проб мирового океана с целью обнаружить новые, ранее не открытые виды. Дело в том, что льды Антарктиды и Арктики – это природный холодильник, который может сохранять примитивные формы жизни в состоянии анабиоза на долгие тысячи лет.

Потенциальная опасность таяния ледников заключается не только в поднятии уровня Мирового океана, но и в том, что в миллионах тонн льда могут содержаться вирусы и бактерии, которые тысячи лет назад вызывали вымирания. Попав в удовлетворительную среду, микроорганизмы, как правило, начинают размножаться, что приводит к быстрому распространению их по земному шару.

Исследователи из Университета Огайо изучили наличие вирусов в океанической воде, взятой в более чем 1,5 тысячах разных точек мира. На данный момент, после полного обследования всех проб, официальный представитель исследований заявил, что удалось обнаружить ранее неизвестных 5478 вирусов. Данная цифра невероятно страшна! Однако, учёные считают, что, скорее всего, способность причинить вред человеку есть всего лишь у 1 % из этого количества.

Тем не менее, проблема таяния ледников и просыпания древних вирусов стоит на повестке дня. Если биологи правы, и эволюция существует, то любой из них может стать причиной серьёзных проблем для человечества. Исследователи из Университета Огайо собираются продолжить свои исследования и систематизировать открытые виды вирусов. На сегодняшний день удалось выявить пять совершенно новых типов неклеточных инфекционных агентов.

Представители другой организации – NOAA(Национальное управление океанических и атмосферных исследований) заявляют, что в океане, вероятно, происходят свои эпидемии. Возможно, некоторые из открытых вирусов помогут приоткрыть и эту тайну. Биосфера на суше постоянно меняется – вымирают одни виды, открываются другие (может быть, даже появляющиеся эволюционным путём). Леса сменяются степями, озера – болотами, луга – пустынями и наоборот. Есть предположение, что и в океане происходит то же самое. Не факт, что у рыб есть антитела для всех вирусов, находящихся в толще воды. Особенно, если учесть, что некоторые из них потенциально провели несколько десятков тысяч лет во льдах и теперь, проснувшись, готовы вновь начать свою охоту.

В заключении хочу добавить немного от себя. Я сторонник теории панспермии. С ледяными метеоритами, в моём понимании, на Землю могут прилетать бактерии и вирусы других экзопланет в состоянии анабиоза. Попав в пригодные для размножения условия, они вполне способны прижиться и стать настоящей головной болью для людей. Что касается Антарктиды и Арктики, то если уж, теоретически, к нам могут прилетать вирусы из космоса, то во льдах на Земле их просто не может не быть! Так что, стоит следить за исследованиями Университета Огайо.

Морские вирусы - самые многочисленные организмы, обитающие в Мировом океане

Микроорганизмы размером с 60 галактик

Обитель зла. Кадр из фильма

В 1989 году ученые из Бергенского университета решили посмотреть через трансмиссионный электронный микроскоп на материал, осажденный из морской воды. Результат был ошеломительный: выяснилось, что в одном миллилитре пробы обитает около 250 миллионов вирусов — в сто раз больше, чем считалось прежде, когда вирусные частицы изучали на искусственно культивируемых бактериальных газонах.

"Дальнейшие работы дали еще более потрясающие результаты. Вирусы оказались самыми многочисленными организмами, обитающими в Мировом океане, — их счет идет на квинтиллионы (10 30 ). Если поставить все морские вирусные частицы в цепочку, она растянется на 60 галактик", — рассказывает доктор биологических наук Елена Лихошвай, профессор, заведующая отделом ультраструктуры клетки Лимнологического института Сибирского отделения Российской академии наук.

Современные методы расшифровки ДНК еще сильнее изменили представления о числе и разнообразии вирусов, живущих на планете. В 2016 году ученые из Объединенного института генома в Калифорнии и Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли проанализировали огромный объем данных, полученных после метагеномного секвенирования образцов из трех тысяч географических точек, — это были морские, пресноводные и наземные экосистемы. Исследователи обнаружили свыше 125 тысяч участков вирусных ДНК, что увеличило число известных вирусных генов в 16 раз.

Неприхотливые и очень живучие

Микроорганизмов в Мировом океане гораздо больше, чем рыб и морских млекопитающих. По некоторым данным, на них приходится до 98 процентов всей океанической биомассы. И самые многочисленные — вирусы. Каждую секунду они заражают триллиарды (10 23 ) морских обитателей и таким образом ежедневно истребляют до 20 процентов океанической биомассы.

Лабораторные исследования

При этом вирусы отличаются крайней живучестью и неприхотливостью. Они могут существовать в широком диапазоне температур и в самых неблагоприятных условиях. Например, вирус морской диатомеи (Chaetoceros debilis CdebDNAV) продолжает заражать и при минус 196 градусах Цельсия. Цианофаги сохраняются в осадках до ста лет, а гигантский вирус амеб Pithovirus sibericum возрастом 30 тысяч лет, не так давно обнаруженный в вечной мерзлоте, все еще был способен инфицировать микроорганизмы.

Кроме того, долгое время считалось, что каждый вирус охотится только на узкую группу внутри микробного сообщества — бактерии того или иного вида. Однако американские ученые показали, что морские вирусы не столь привередливы в еде и могут инфицировать микроорганизмы разных родов.

Никто не избежит заражения

Эти цифры и факты вовсе не значат, что отпуск на море граничит с самоубийством. Только одна шестидесятая часть всех вирусных частиц, обитающих в воде, опасна для человека. От некоторых страдают рыбы и морские млекопитающие, но основная их добыча — микробы, играющие важную роль в формировании земного климата.

"Известно, что после атаки вируса в геноме бактерии остаются последовательности CRISPR — небольшие повторяющиеся отрезки генома, разделенные нетранскрибируемыми участками ДНК, заимствованными из чужеродных генетических элементов. Они обеспечивают "иммунитет" к повторной инфекции, и по их наличию в геноме бактерии можно заключить, что она уже была заражена определенным фагом. CRISPR обнаружены у 40 процентов бактерий и 90 процентов архей", — говорит Елена Лихошвай.

Схема жизненного цикла морского вируса (бактериофага)

По некоторым данным, цианобактерии, благодаря которым на Земле когда-то появился кислород, и другие микроскопические морские фотосинтетики сегодня потребляют примерно половину всего выделяемого в атмосферу углекислого газа. Поэтому вирусы-бактериофаги, атакующие и истребляющие их, могут играть значительную роль в процессах глобального потепления. Впрочем, пока в научном мире нет единого мнения о том, с каким знаком это влияние — плюсом или минусом.

Санитары моря

Ученый в Антарктиде

Как выяснили исследователи из Уорикского университета, вирусное заражение действительно сказывается на фотосинтетических способностях цианобактерий — фиксация углекислого газа (то есть его превращение в углеродные соединения) в бактериальной культуре замедляется после атаки бактериофагов почти в пять раз. По приблизительным оценкам, в результате инфицирования микроорганизмов в атмосфере ежегодно остаются непоглощенными до пяти миллиардов тонн углерода — это десять процентов всего углерода, фиксируемого Мировым океаном.

Впрочем, некоторые ученые указывают, что после уничтожения бактерий вирусами останки микроорганизмов погружаются на глубину, где процессы, приводящие к выделению углекислого газа, сильно замедленны. Там они выделяют железо, фосфор и некоторые другие элементы, необходимые для питания фитопланктона. Фитопланктон разрастается и поглощает еще больше углекислого газа.

"Согласно новой схеме глобального круговорота органического вещества и биогенных элементов водных экосистем, вириопланктон (совокупность всех вирусов, обитающих в Мировом океане) влияет на многие биогеохимические и экологические процессы, включая цикл питания, дыхания и распределение веществ в различных звеньях экосистемы. В оценках круговорота углерода и азота необходимо учитывать роль вирусов, так как они — важная часть пищевых сетей, регулирующая глобальные биогеохимические циклы", — резюмирует Елена Лихошвай.

© Фото : David Savage, Bruno Afonso, Pamela Silver Цианобактерии (сине-зеленые водоросли) с карбоксисомами

Согласно подсчетам, коронавирус SARS-CoV-2 способен сохранять свою жизнеспособность в канализационных стоках, а также в загрязненных реках и озерах на протяжении нескольких недель. Таким образом, он может заражать не только людей, но и животных.

Река в Бразилии

Медицинские работники из города Мелгако прибыли в поселок на реке Квара для оказания медицинской помощи жителям во время эпидемии коронавируса в Бразилии / © AFP 2020/Tarso Sarraf

Ученые из Польши и Великобритании изучили, насколько опасным может быть попадание сточных вод в природные пресные водоемы, например реки и озера. По словам исследователей, работа которых пока что опубликована на портале препринтов medRxiv, загрязнение пресноводных систем патогенными микроорганизмами может иметь серьезные последствия, в том числе для окружающей среды и второй волны Covid-19.

Известно, что коронавирусы способны выживать в воде (причем холодная вода для них лучше, чем горячая), а вирусные частицы в канализации коррелируют с распространенностью инфекции среди населения. Существует множество возможных путей загрязнения воды, которую мы пьем или используем для приготовления пищи: например, разлив и утечка из канализационных труб, выход из строя систем очистки сточных вод; отсутствие инфраструктуры в бедных регионах мира и так далее.

“Вирусные патогены, которые могут передаваться через воду и несут риск для здоровья, согласно определению ВОЗ, включают аденовирус, астровирус, гепатит А и Е, ротавирус, норовирус и другие энтеровирусы. Уже установлено выживание большого семейства коронавирусов в системах водоснабжения, были выявлены вирусные нагрузки в неочищенных сточных водах и их отношение к показателям инфицирования населения. В совокупности это свидетельствует о том, что коронавирус SARS-CoV-2 может выживать в воде, а вирусные нагрузки в неочищенных сточных водах, вероятно, высоки в странах, наиболее подверженных инфекции, поэтому вода, загрязненная стоками, представляет собой потенциальный фекально-оральный путь передачи”, — пишут ученые.

Исследование in vitro показало, что SARS-CoV-2 может оставаться жизнеспособным на протяжении 25 дней. Кроме того, авторы оценили риски, с которыми могут столкнуться жители множества стран в результате утечки сточных вод в пресные водоемы. Относительный риск (англ. relative risk (RR)), связанный с этим, зависел от степени бытового водопользования, а также погоды, местности и топографии района. Так, страны с высоким водопотреблением и высоким разбавлением попадающих в водоемы сточных вод, например Канада и Норвегия, имели самый низкий RR. Наиболее высокий показатель наблюдался в таких странах, как Германия, Великобритания, Испания и Марокко, где потребление воды было низким или средним, но и разбавление было аналогичным.

Согласно новому исследованию итальянских ученых, 18 декабря коронавирус SARS-CoV-2 присутствовал в Милане и Турине, а в Болонье его следы обнаружили в конце января.

Авторы определили верхний и нижний пределы концентрации SARS-CoV-2 в первые 24 часа после разлива сточных вод. Они также отметили, что в странах с повышенным RR, если вода была холоднее, а уровень заболеваемости высоким, показатели жизнеспособного вируса были значительнее. При подсчетах ученые исходили из предположения, что для заражения требуется 100 вирусных частиц на 100 миллилитров воды. Таким образом получалось, что житель любой страны, где RR наиболее высок, выпив 100 миллилитров загрязненной воды в течение 24 часов, получит около 470 вирусных частиц и, скорее всего, заразится.

Это равносильно одному или двум глоткам воды. Между тем при непосредственном нахождении в реке или озере в течение 45 минут можно проглотить в три раза больше — примерно 280 миллилитров. Кроме того, в зоне риска могут оказаться животные, которые питаются травой или кустарниками, произрастающими на загрязненных такой водой территориях.

Тот факт, что коронавирус способен выживать и распространяться через водоемы, может повлиять на снабжение питьевой водой стран, которые в первую очередь зависят от рек или водохранилищ, а также жителей регионов с плохими санитарными условиями. Лучшими способами обеспечить людей безопасной питьевой воды считаются фильтрация, хлорирование или ультрафиолетовая дезинфекция. Однако применяемые дозы хлора или ультрафиолетового излучения зачастую варьируются от одного региона к другому и могут не соответствовать минимальным пределам, необходимым для снижения вирусной нагрузки.

Александр Мясников, глава Информационного центра по мониторингу ситуации с коронавирусом, заявил, что «вирус как бы фильтруется через наши иммунные силы, каждый раз, попадая в очередной организм, д.


Образцы морской воды, собираемые по всему миру, дают учёным сведения о неизвестных ранее вирусах. В результате меняется наше понимание эволюции этих субмикроскопических частиц. Одно такое исследование на днях было опубликовано в журнале Science. Международная группа биологов выявила более 5000 плохо изученных или ранее неизвестных науке видов РНК-содержащих вирусов.


Каждый обнаруженный вид является новым

Учёные из консорциума Tara Oceans (его цель — изучение влияния изменений климата на океан) проанализировали 35 тысяч проб воды с планктоном, взятых в 121 месте во всех океанах мира. Они искали вирусы, которые используют в качестве генетического материала молекулу РНК, а не ДНК. В то время как сотни тысяч ДНК-вирусов давно изучены в их естественных экосистемах и внесены в каталоги, с РНК-вирусами дело обстоит сложнее.

Учёные объединили алгоритмы машинного обучения с традиционными методами анализа эволюции РНК-вирусов. В результате было идентифицировано 5500 новых видов. Часть их относится к уже известным типам вирусов, остальные пять групп исследователи назвали Taraviricota, Pomiviricota, Paraxenoviricota, Wamoviricota и Arctiviricota. Самая многочисленная — Taraviricota, эти вирусы чаще встречаются в умеренных и тропических водах Мирового океана. А вот, скажем, вирусы типа Arctiviricota широко распространены в Северном Ледовитом океане.


Древнейший ген на Земле

Прежде всего исследователей интересовал ген под названием RdRp, содержащийся во всех РНК-вирусах. Он является одним из самых древних генов: ему миллиарды лет, всё это время он менялся и эволюционировал, причём только в РНК-вирусах — в других вирусах или клетках его нет.

Несмотря на то, что учёные выявили так много новых вирусов, пока сложно сказать, какие организмы они способны заражать. В настоящее время исследования ограничены в основном фрагментами неполных геномов РНК-вирусов, отчасти из-за их генетической сложности и технологических ограничений.


Нападут ли они на нас?

Так могут ли обнаруженные в океанской воде (точнее — в планктоне) вирусы угрожать людям?


«Что касается вирусов человека, то более-менее выявлено примерно 80% из них. В отношении вирусов других классов и видов живых существ эта цифра намного меньше, — комментирует исследование зарубежных коллег заведующий лабораторией биотехнологии и вирусологии факультета естественных наук Новосибирского государственного университета, доктор биологических наук Сергей Нетёсов. — Мы знаем, что в человеческую популяцию могут проникать и проникают некоторые вирусы млекопитающих, тех же летучих мышей. Но до сих пор неизвестно ни одного вируса рыб или растений, которые вызывали бы болезни у человека. Хорошо, что учёные открывают новые вирусы в морях и океанах. Однако это не значит, что все они завтра на нас нападут.

Читайте также: