Wetenschappers ontdekken de geheime motor van klimaatverandering

Wetenschappers hebben ontdekt dat virussen die microben infecteren de klimaatverandering aanzienlijk beïnvloeden door de methaancyclus te beïnvloeden. Deze studie, waarin DNA uit verschillende omgevingen wordt geanalyseerd, laat zien dat de milieu-impact van virussen varieert afhankelijk van de habitat. Het onderzoek onderstreept de complexe relatie tussen virussen, microben en methaanemissies, wat erop wijst dat er behoefte is aan verder onderzoek naar de rol van virussen in de klimaatdynamiek.

Uit het onderzoek blijkt dat de micro-organismen, eenmaal geïnfecteerd, nieuwe methaangenererende genen bevatten.

Uit een recent onderzoek blijkt dat virussen die microben infecteren bijdragen aan de klimaatverandering door een sleutelrol te spelen in de kringloop van methaan, een krachtig broeikasgas, door het milieu.

Door bijna 1000 metagenomics-groepen te analyseren DNA Door middel van gegevens uit 15 verschillende habitats, variërend van verschillende meren tot de binnenkant van de maag van een koe, ontdekten de onderzoekers dat microbiële virussen speciale genetische elementen bij zich dragen om methaanprocessen te controleren, de zogenaamde accessoire metabolische genen (AMG's). Afhankelijk van waar organismen leven, kan het aantal van deze genen variëren, wat erop wijst dat de potentiële impact van virussen op het milieu ook varieert op basis van hun leefgebied.

Deze ontdekking voegt een essentieel onderdeel toe aan een beter begrip van de interactie en beweging van methaan binnen verschillende ecosystemen, zegt Zhiping Zhong, hoofdauteur van de studie en onderzoeksmedewerker aan het Byrd Polar and Climate Research Center van de Ohio State University.

“Het is belangrijk om te begrijpen hoe micro-organismen methaanprocessen aandrijven”, zegt Zhong, die ook een microbioloog is wiens onderzoek bestudeert hoe microben evolueren in verschillende omgevingen. “Microbiële bijdragen aan het methaanmetabolisme worden al tientallen jaren bestudeerd, maar onderzoek op het gebied van virussen blijft grotendeels onderbelicht en we willen meer leren.”

Het onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie.

De rol van virussen in de uitstoot van broeikasgassen

Virussen hebben bijgedragen aan het aandrijven van alle ecologische, biogeochemische en evolutionaire processen op aarde, maar wetenschappers zijn pas relatief recent begonnen met het onderzoeken van hun verband met klimaatverandering. Methaan is bijvoorbeeld na kooldioxide de grootste oorzaak van de uitstoot van broeikasgassen, maar wordt grotendeels geproduceerd door eencellige organismen die archaea worden genoemd.

“Virussen zijn de meest voorkomende biologische entiteit op aarde”, zegt Matthew Sullivan, co-auteur van de studie en hoogleraar microbiologie aan het Ohio State Center for Microbiome Sciences. “Hier breiden we onze kennis over hun effecten uit door genen uit de methaancyclus toe te voegen aan de lange lijst met genen virus– Gecodeerde metabolische genen. Ons team probeerde te achterhalen hoeveel 'microbiële metabolisme'-virussen daadwerkelijk manipuleren tijdens infectie.

Hoewel de cruciale rol die microben spelen bij het versnellen van de opwarming van de aarde nu algemeen bekend is, is er weinig bekend over hoe methaanmetabolisme-gerelateerde genen gecodeerd door virussen die deze microben infecteren de methaanproductie beïnvloeden, zei Zhong. Het oplossen van dit mysterie heeft Zhong en zijn collega's ertoe gebracht bijna een decennium te besteden aan het verzamelen en analyseren van microbiële en virale DNA-monsters uit unieke microbiële reservoirs.

Een van de belangrijkste plekken die het team heeft uitgekozen voor onderzoek is het Vrana-meer, dat deel uitmaakt van een natuurreservaat in Kroatië. In de methaanrijke sedimenten van het meer vonden onderzoekers een overvloed aan microbiële genen die de productie en oxidatie van methaan beïnvloeden. Daarnaast onderzochten ze diverse virale gemeenschappen en ontdekten ze 13 soorten AMG's die helpen bij het reguleren van het metabolisme van hun gastheer. Er is echter geen bewijs dat deze virussen zelf rechtstreeks coderen voor methaanmetabolismegenen, wat suggereert dat de potentiële impact van virussen op de methaancyclus varieert afhankelijk van hun leefgebied, zei Zhong.

Gevolgen voor de veestapel en het milieu

Over het geheel genomen onthulde de studie dat een groter aantal AMG's met methaanmetabolisme waarschijnlijker wordt aangetroffen in gastheergerelateerde omgevingen zoals de binnenkant van de maag van een koe, terwijl minder van deze genen worden aangetroffen in milieuhabitats, zoals sedimenten van meren. Omdat koeien en ander vee ook verantwoordelijk zijn voor het genereren van ongeveer 40% van de mondiale methaanemissies, suggereert hun werk dat de complexe relatie tussen virussen, organismen en het milieu als geheel wellicht nauwer met elkaar verbonden is dan wetenschappers eerder dachten.

“Deze bevindingen suggereren dat de mondiale gevolgen van virussen worden onderschat en meer aandacht verdienen”, aldus Zhong.

Hoewel het onduidelijk is of menselijke activiteiten de evolutie van deze virussen hebben beïnvloed, verwacht het team dat nieuwe inzichten uit dit werk het bewustzijn zullen vergroten over de kracht van infectieuze agentia die al het leven op aarde bevolken. Om meer te leren over de interne mechanismen van deze virussen, zullen er echter meer experimenten nodig zijn om meer te begrijpen over hun bijdragen aan de methaancyclus op aarde, zei Zhong, vooral omdat wetenschappers manieren zoeken om de door microben veroorzaakte methaanemissies te verminderen.

“Dit werk is een eerste stap in het begrijpen van de virale gevolgen van klimaatverandering”, zei hij. “We moeten nog veel leren.”

Referentie: “Het virale potentieel om het microbiële methaanmetabolisme te moduleren varieert per habitat” door Zhi-Ping Zhong, Jingjie Du, Stephan Köstlbacher, Petra Pjevac, Sandi Orlić en Matthew B. Sullivan, 29 februari 2024, Natuurcommunicatie.
doi: 10.1038/s41467-024-46109-x

Dit werk werd ondersteund door de National Science Foundation, de Croatian Science Foundation, de Gordon and Betty Moore Foundation, de Hysing-Simons Foundation, de Europese Unie en het Amerikaanse ministerie van Energie. Co-auteurs zijn onder meer Jinji Du van de staat Ohio, Stefan Kostelbaker en Petra Bejevac van de Universiteit van Wenen, en Sandy Orlich van het Ruder Boškovitch Instituut.