A novel virus lineage is abundant in metaviromes from Dehalococcoides-containing mixed cultures

في الأعماق المظلمة والخالية من الأكسجين لمياه الجوف ورواسب الأنهار، تعمل مجموعة متخصصة من البكتيريا بلا كلل لتنظيف التلوث الذي صنعه الإنسان. هذه العمالة المجهرية، المعروفة باسم Dehalococcoides، تستهلك المواد الكيميائية الكلورية السامة التي تسربت إلى الأرض، حيث تقوم بتفكيكها وتحويلها إلى مواد غير ضارة. إنها ضرورية لاستعادة المواقع الملوثة، ومع ذلك فهي هشة ويصعب دراستها بمعزل عن غيرها. وكحال جميع الكائنات الحية، فإن هذه البكتيريا ليست مجرد خلايا ثابتة؛ بل هي تتفاعل باستمرار مع عالم خفي من المادة الوراثية التي تنتقل بينها. يمكن التفكير في هذه المادة الوراثية المتنقلة كأنها مكتبة من التعليمات التي يمكن للبكتيريا تبادلها، أو استعارتها، أو حملها معها، مما يغير أحياناً طريقة عملها أو يساعدها على البقاء في الظروف القاسية. إن فهم ما يعيش داخل هذه البكتيريا وحولها أمر بالغ الأهمية، لأن الأدوات التي تستخدمها للبقاء على قيد الحياة وتنظيف بيئتنا غالباً ما تكون مخبأة داخل هذه الحزم الوراثية الصغيرة والمتغيرة.

لطالما عرف العلماء أن بكتيريا Dehalococcoides تحمل كمية مدهشة من هذه المادة الوراثية المتنقلة، رغم امتلاكها جينومات صغيرة جداً. وقد ركزت دراسة جديدة الآن على عائلة محددة ووفيرة من هذه العناصر، والتي أطلق عليها الباحثون اسم IME1. ومن خلال فحص عينات من مزيج ثقافي من البكتيريا يُعرف باسم KB-1، حيث تزدهر بكتيريا Dehalococcoides، اكتشف الفريق أن هذه العناصر ليست مجرد غرائب نادرة، بل هي الشكل السائد للمادة الوراثية الموجودة في الأجزاء الفيروسية من العينة. قام الباحثون بتحليل واحد وعشرين من هذه العناصر، عشرين منها من Dehalococcoides وواحد من بكتيريا ذات صلة تسمى Dehalogenimonas alkenigignens. ووجدوا أن كل عنصر من هذه العناصر هو قطعة كبيرة من الشفرة الوراثية، يتراوح حجمها بين 20,930 و28,058 زوجاً من القواعد. وتوجد هذه العناصر في شكلين: أحياناً تكون مخيطة مباشرة في الحمض النووي الخاص بالبكتيريا، وأحياناً أخرى تطفو بحرية كحلقات دائرية خارج الجينوم الرئيسي.

عندما نظر الفريق بدقة في البروتينات التي تنتجها هذه العناصر، وجدوا بنية متسقة للغاية. فقد احتوى كل عنصر من العناصر الواحد وعشرين على نفس المجموعات الأربع عشرة من البروتينات ذات الصلة، مما يشير إلى مخطط مشترك وقديم. ومع ذلك، لا تبدو هذه العناصر مثل الفيروسات النموذجية التي اعتاد العلماء على رؤيتها؛ فمعظم الفيروسات البكتيرية تتخذ شكل شرذوفات صغيرة لها رأس وذيل، لكن البروتينات التي تشفرها IME1 تفتقر إلى العلامات المحددة التي تميز هذه الفيروسات ذات الذيول. بدلاً من ذلك، تشير الشفرة الوراثية إلى شكل مختلف تماماً. وجد الباحثون أن أحد البروتينات الرئيسية في هذه العناصر يشبه إلى حد كبير آلة إنتاج طاقة محددة توجد في الفيروسات البكتيرية الخيطية، وهي فيروسات طويلة ونحيفة ومرنة. علاوة على ذلك، تشفر هذه العناصر عدة بروتينات صغيرة مصممة للثقب عبر أغشية الخلايا، وهي سمة توجد أيضاً في الفيروسات الخيطية وفي فيروسات معينة تصيب "العتائق" (Archaea)، وهي نطاق مختلف من الحياة وحيدة الخلية.

جاء الدليل على ماهية هذه العناصر من خلال النظر إلى العالم المادي، وليس فقط من خلال الشفرة الوراثية. فعندما أخذ الباحثون عينات من ثقافة KB-1 وقاموا بتصفية الجسيمات الفيروسية، وجدوا أن عناصر IME1 كانت المادة الوراثية الأكثر وفرة الموجودة. وتحت المجهر الإلكتروني، كشفت الأجزاء الفيروسية عن بحر من الجسيمات الطويلة الشبيهة بالخيوط. هذا التأكيد البصري، جنباً إلى جنب مع القرائن الوراثية، دفع الباحثين إلى اقتراح أن IME1 يمثل سلالة جديدة تماماً من الفيروسات. وهم يصفونها بأنها على الأرجح فيروسات "تبرعمية" ذات شريط مزدوج تتخذ شكلاً خيطياً. وبينما تؤكد الدراسة أن هذه العناصر منتشرة داخل بكتيريا Dehalococcoides وبعض الأنواع ذات الصلة في شعبة Chlorofexota، إلا أنها تبدو مقيدة بهذه المجموعة المحددة من البكتيريا ولم يتم العثور عليها في أماكن أخرى بعد. إن هذا الاكتشاف يوسع فهمنا للعالم الفيروسي، مبيناً أنه حتى في البيئات الأكثر تخصصاً، طورت الطبيعة أشكالاً فريدة ووفيرة من الحياة الفيروسية التي تعمل بشكل مختلف عن النماذج المألوفة.