The RNA virome of early metazoans sheds light on long-term virus-host relationships

Virussen zijn de meest talrijke biologische entiteiten op aarde, maar ze blijven grotendeels onzichtbaar voor ons, verborgen in de cellen van alles wat leeft. Decennialang hebben wetenschappers de virale wereld in kaart gebracht door te kijken naar dieren die we goed kennen, zoals mensen, vee en veelvoorkomende insecten. Dit heeft een beeld gecreëerd van virale evolutie dat zwaar scheefgetrokken is naar het bekende. Echter, om de geschiedenis van het leven op aarde echt te begrijpen, moeten onderzoekers kijken naar het allereerste begin van de dierenstamboom. Er zijn twee groepen dieren die honderden miljoenen jaren geleden van de rest van het dierenrijk afsplitsten, lang voordat er vissen, insecten of zoogdieren bestonden. De ene groep, de kammenborstels, zijn gelatinieuze roofdieren die met rijen glinsterende cilia door de oceaan drijven. De andere, de placozoën, zijn minuscule, platte, schijfvormige wezens die over rotsen kruipen in ondiep water, zo simpel dat ze geen zenuwstelsel of een darm hebben. Omdat deze dieren de vroegste takken van het dierenleven vertegenwoordigen, kunnen de virussen die hen infecteren de sleutels bevatten tot het begrijpen van hoe virussen en dieren samen zijn geëvolueerd sinds het begin der tijden.

Een team van onderzoekers zette zich in om de verborgen virale wereld van deze oeroude wezens te ontsluieren. In plaats van nieuwe dieren in de oceaan te vangen en in een laboratorium te testen, wendden zij zich tot een enorm digitaal archief van genetische gegevens die wetenschappers over de hele wereld al hebben verzameld. Door te zoeken in miljoenen genetische sequenties uit publiek beschikbare studies, zocht het team naar de genetische handtekeningen van RNA-virussen, een belangrijke klasse van virussen die veel bekende pathogenen omvat. Ze richtten zich specifiek op het genetisch materiaal van kammenborstels en placozoën, waarbij ze zochten naar elke virale sequentie die per ongeluk was gevangen tijdens het bestuderen van de dieren zelf. Deze aanpak stelde hen in staat om een breed scala aan soorten en weefsels te scannen, van de minuscule embryo's van kammenborstels tot de volledige lichamen van placozoën, zonder dat daarvoor nieuwe monsters verzameld hoefden te worden.

De zoektocht leverde een verrassende oogst op. De onderzoekers identificeerden zesentwintig verschillende virale sequenties, die elf verschillende groepen virussen vertegenwoordigen. Veel hiervan waren geheel nieuw voor de wetenschap en nooit eerder gezien in een database. De virussen behoorden tot families die een breed scala aan leven infecteren, waaronder planten, schimmels en andere dieren. Sommige van de gevonden virussen waren zo verschillend van alles wat bekend was, dat ze hun eigen diepe takken op de evolutionaire boom vormden, wat suggereert dat ze al een ongelooflijk lange tijd naast hun gastheren evolueren. Zo vond het team bijvoorbeeld een nieuw type virus in de kammenborstel Beroe ovata dat tot dezelfde familie behoort als virussen die vissen en mensen infecteren. Dit nieuwe virus bevond zich aan de basis van zijn familieboom, wat impliceert dat het honderden miljoenen jaren geleden van zijn verwanten is afgesplitst, misschien toen de eerste dieren net begonnen te verschijnen.

Het verhaal ging echter niet alleen over oude, onveranderlijke partnerschappen. De onderzoekers vonden ook virussen die ogenschijnlijk recent van de ene gastheer naar de andere waren overgesprongen. Sommige van de gevonden virussen in deze oeroude dieren waren nauw verwant aan virussen die in moderne insecten, planten of schimmels worden gevonden, wat suggerept dat deze microscopische indringers voortdurend tussen verschillende soorten bewegen in de oceaan. Deze vermenging en combinatie wijst erop dat de oceaan een druk kruispunt is waar virussen frequent van gastheer wisselen, in plaats van een plek waar ze voor altijd aan één enkele relatie gebonden blijven. De studie onthulde ook dat deze virussen niet slechts voorbijtrekken; ze zijn aanwezig in de vroegste stadia van het leven, inclusief de embryo's van kammenborstels, wat suggereert dat infecties kunnen beginnen voordat een dier zelfs volledig gevormd is.

Een van de meest opmerkelijke ontdekkingen betrof de structuur van de virussen zelf. Door geavanceerde computermodellering te gebruiken om de 3D-vormen van de virale eiwitten te voorspellen, bevestigden de onderzoekers dat sommige van deze oeroude virussen dezelfde fundamentele bouwstenen delen als virussen die vandaag de dag vissen en mensen infecteren. Deze structurele gelijkenis, gecombineerd met hun diepe positie op de evolutionaire boom, ondersteunt het idee dat deze virussen oeroude overlevers zijn. Toch is het beeld complex. Terwijl sommige virussen blijkbaar al sinds het begin van het dierenleven met hun gastheren hebben samengeleefd, lijken anderen recente aankomsten te zijn, die op deze oeroude dieren zijn gesprongen vanaf hun prooi of het omringende water. De studie suggereert dat de virale wereld van vroege dieren een dynamische mix is van diepe, historische verbindingen en constante, voortdurende uitwisseling.

De bevindingen dagen het eenvoudige beeld uit dat oeroude dieren uitsluitend oeroude virussen herbergen. In plaats daarvan onthullen ze een rijk en divers ecosysteem waar langdurige relaties en recente sprongen zij aan zij plaatsvinden. De onderzoekers merkten op dat sommige van de gevonden virussen zo onderscheidend waren dat ze niet met vertrouwen in bestaande categorieën konden worden geplaatst, wat wijst op een enorme, onverkende diversiteit aan leven in de oceaan die we pas net beginnen te zien. Door naar de genetische voetafdrukken te kijken die in deze eenvoudige, oeroude wezens zijn achtergelaten, biedt de studie een nieuw venster op het verre verleden van de virale evolutie. Het laat zien dat de geschiedenis van virussen geen rechte lijn is, maar een verstrengeld web, geweven uit zowel de langzame, gestage drift van co-evolutie als de plotselinge, scherpe sprongen van infectie over de grenzen van soorten heen. Dit werk breidt ons begrip uit van waar virussen leven en hoe ze bewegen, en herinnert ons eraan dat zelfs de eenvoudigste dieren een complexe en eeuwenoude geschiedenis van het virale leven in zich dragen.