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

Nelle profondità oscure e prive di ossigeno delle acque sotterranee e dei sedimenti fluviali, un gruppo specializzato di batteri lavora instancabilmente per ripulire l'inquinamento causato dall'uomo. Questi lavoratori microscopici, noti come Dehalococcoides, consumano sostanze chimiche clorurate tossiche che sono infiltrate nel terreno, decomponendole e rendendole innocue. Sono essenziali per il ripristino dei siti contaminati, eppure sono fragili e difficili da studiare in isolamento. Come tutti gli esseri viventi, questi batteri non sono solo cellule statiche; interagiscono costantemente con un mondo nascosto di materiale genetico che si muove tra di loro. Questo materiale genetico mobile può essere pensato come una biblioteca di istruzioni che i batteri possono scambiare, prendere in prestito o portare con sé, talvolta cambiando il proprio modo di funzionare o aiutandoli a sopravvivere in condizioni difficili. Comprendere cosa vive dentro e intorno a questi batteri è fondamentale, perché gli strumenti che usano per sopravvivere e pulire il nostro ambiente sono spesso nascosti all'interno di questi piccoli e mutevoli pacchetti genetici.

Gli scienziati sanno da tempo che i Dehalococcoides trasportano una sorprendente quantità di questo materiale genetico mobile, nonostante abbiano genomi molto piccoli. Un nuovo studio si è ora concentrato su una specifica e abbondante famiglia di questi elementi, che i ricercatori hanno chiamato IME1. Esaminando campioni di una coltura mista di batteri nota come KB-1, dove prosperano i Dehalococcoides, il team ha scoperto che questi elementi non sono solo curiosità rare, ma sono in realtà la forma dominante di materiale genetico presente nelle frazioni virali del campione. I ricercatori hanno analizzato ventuno di questi elementi, venti provenienti dai Dehalococcoides e uno da un batterio correlato chiamato Dehalogenimonas alkenigignens. Hanno scoperto che ciascuno di questi elementi è un pezzo consistente di codice genetico, con dimensioni che variano da 20.930 a 28.058 coppie di basi. Questi elementi esistono in due forme: a volte sono cuciti direttamente nel DNA dei batteri, altre volte fluttuano liberamente come anelli circolari al di fuori del genoma principale.

Quando il team ha esaminato da vicino le proteine che questi elementi creano, ha trovato una struttura altamente coerente. Ogni singolo elemento tra i ventuno conteneva gli stessi quattordici gruppi di proteine correlate, suggerendo un progetto condiviso e antico. Tuttavia, questi elementi non somigliano ai tipici virus che gli scienziati sono abituati a vedere. La maggior parte dei virus batterici ha la forma di minuscoli tritoni con una testa e una coda, ma le proteine codificate da IME1 mancano dei marcatori specifici che definiscono questi virus dotati di coda. Inveve, il codice genetico punta verso una forma completamente diversa. I ricercatori hanno scoperto che una delle proteine chiave in questi elementi è molto simile a una specifica macchina produttrice di energia trovata nei virus batterici filamentosi, che sono lunghi, sottili e flessibili. Inoltre, gli elementi codificano diverse piccole proteine progettate per perforare le membrane cellulari, una caratteristica presente anche nei virus filamentosi e in alcuni virus che infettano gli archaea, un altro dominio di vita unicellulare.

Le prove di ciò che questi elementi siano realmente sono arrivate dall'osservazione del mondo fisico, non solo del codice genetico. Quando i ricercatori hanno preso campioni dalla coltura KB-1 e hanno filtrato le particelle virali, hanno scoperto che questi elementi IME1 erano il materiale genetico più abbondante presente. Al microscopio elettronico, le frazioni virali rivelavano un mare di particelle lunghe e simili a fili. Questa conferma visiva, unita agli indizi genetici, ha portato i ricercatori a proporre che IME1 rappresenti un lignaggio completamente nuovo di virus. Essi li descrivono come probabilmente essendo virus a doppio filamento, gemmanti, che assumono una forma filamentosa. Sebbene lo studio confermi che questi elementi siano diffusi all'interno dei batteri Dehalococcoides e di alcune specie correlate nel phylum Chlorofexota, essi sembrano essere limitati a questo specifico gruppo di batteri e non sono ancora stati trovati altrove. Questa scoperta amplia la nostra comprensione del mondo virale, mostrando che anche negli ambienti più specializzati, la natura ha evoluto forme uniche e abbondanti di vita virale che operano in modo diverso dai modelli familiari.