Характеристика виромов Байкала с применением высокопроизводительного секвенирования

Характеристика виромов Байкала с применением высокопроизводительного секвенирования

Февраль — декабрь 2021

Виром – это пул ДНК последовательностей, принадлежащих вирусам, изучение которых поможет оценить вирусное разнообразие и определить, какие вирусы присутствуют, в том числе выявить патогенные и условно-патогенные вирусы.

Основной смысл и преимущество получения вирома –  ответ на вопрос «Кто здесь?», т.к. весь пул вирусной ДНК даёт представление о составе вирусного сообщества. Как известно, состав сообщества определяет и его роль в экосистеме, поэтому решение первого вопроса проливает свет и на следующий вопрос: «Что они делают?». Поиск потенциально опасных вирусов современными методами – неотъемлемая часть мониторинга экосистем, который может помочь выявить и идентифицировать вирусы-угрозы. Разнообразие вирусов и структура  вирусных сообществ в водных экосистемах все еще недостаточно хорошо изучены, несмотря на комплекс применяемых методов и подходов. Большинство опубликованных работ по водным вирусам, в том числе и бактериофагам, относятся к морским и океаническим экосистемам и в меньшей степени касаются пресных водоемов. Исследования вирусных сообществ с применением современных методов генетического анализа являются особо актуальными.

Проект Фонда «Озеро Байкал» направлен на проведение оценки генетического и таксономического разнообразия, а также структуры вирусного сообщества в пелагиали озера Байкал с помощью высокопроизводительного секвенирования и биоинформатических методов.

Исследования проводились под руководством Потапова Сергея, победителя конкурса для молодых ученых «Байкальская инициатива». 

Цель:

  • определить состав ДНК-содержащих вирусных сообществ в планктоне озера Байкал, оценить их функциональной составляющей, сравнить с виромами из других экосистем.

Задачи:

  • оказать грантовую поддержку Лимнологическому институту Сибирского отделения Российской академии наук на реализацию проекта;
  • в рамках грантовой поддержки провести следующие работы в 2021 году:

1) провести генетический анализ разнообразия вирусов озера Байкал с помощью высокопроизводительного секвенирования и биоинформатических методов;

2) выполнить оценку генетического и таксономического состава, структуры вирусного сообщества в пелагиали оз. Байкал в осенний период, провести его сравнительное изучение с виромами, полученными ранее и из других водоемов;

3) выполнить оценку вирусных сообществ оз. Байкал с точки зрения содержания потенциально опасных вирусов, проанализировать возможную угрозу биологического загрязнения биоты озера путем попадания микроорганизмов антропогенного происхождения из сточных вод.

Что было сделано:

  • Отбор проб воды в июне и сентябре 2021 г. на центральной станции разреза поселок Листвянка – поселок Танхой. Пробы отбирали по 3,5 л с поверхности 5, 10, 15, 25 и 50 м, затем перемешивали для получения интегральной пробы. Всего отобрано 21 л в июне и 21 л в сентябре.
  • Фильтрация пробы через специальные фильтры и концентрирование для получения вирусных частиц.
  • Проведение генетического анализа разнообразия вирусов озера Байкал с помощью высокопроизводительного секвенирования и биоинформатических методов.

Результаты работы:

  • В ходе выполнения проекта выявлено, что доминирующими семействами вирусов в виромах озера Байкал являются Myoviridae, Siphoviridae, Podoviridae, Phycodnaviridae, Autographiviridae, Lavidaviridae, Mimiviridae, составляя 95% от всех идентифицированных семейств, причём основная доля принадлежит бактериофагам из порядка Caudovirales (до 90%).
  • Среди вирусов эукариот доминировали семейства Phycodnaviridae (7,3-11,1%), поражающие водоросли и Mimiviridae (1,2-1,9%), инфицирующие амёб.
  • Функциональный анализ генов выявил преобладание категории 1 уровня «Фаги, профаги, транспозоны», что свидетельствует об интенсивном участии бактериофагов в микробном сообществе.
  • В контигах из вирома LTJ и LTS принадлежащих вирусам, обнаружено 145 и 169 вспомогательных метаболических генов (AMGs), соответственно.
  • Индекс альфа-разнообразия виромов по Шеннону был высоким и соответствовал таковому из озера Мичиган (США) и реки Хан (Южная Корея). При анализе β-разнообразия выявлено, что виромы из озера Байкал кластеризуются вместе и образуют общую кладу с виромами из других пресноводных экосистем.


Сохранение водных ресурсов