Mehr als 100.000 unbekannte Viren mit Hilfe eines neuen Computerprogramms entdeckt

Kenntnis der viralen Vielfalt wird Ursprünge neuer Krankheitserreger aufdecken und Überwachung und Eindämmung künftiger Pandemien verbessern

04.02.2022 - Spanien

Viren sind die größte bekannte Gruppe von biologischen Agenzien. Nun hat ein internationales Team von Wissenschaftlern unter Beteiligung des Instituts für Molekular- und Zellbiologie der Pflanzen (IBMCP), einem gemeinsamen Zentrum der Universitat Politècnica de València (UPV) und des spanischen Nationalen Forschungsrats (CSIC), einen wichtigen Schritt zum Verständnis ihrer Vielfalt getan. Das Team entdeckte mehr als 130.000 neue RNA-Viren (wie das Coronavirus SARS-CoV-2, das derzeit die Pandemie COVID-19 auslöst), indem es ein neues Computerprogramm einsetzte, das 5,7 Millionen biologische Proben analysierte, die in den letzten 15 Jahren weltweit gesammelt wurden. Dieses Ergebnis, das in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde, bedeutet eine Verzehnfachung der Anzahl der bisher beschriebenen viralen RNA-Arten.

Zur Durchführung dieser Analyse entwickelte das multidisziplinäre Team Serratus, eine Cloud-Computing-Infrastruktur (Amazon Web Services, AWS), die mit Hilfe eines Clusters von 22.500 Computerprozessoren (CPUs) eine massive Suche nach viralen Sequenzen in den Millionen von Gigabytes (Petabytes) an Sequenzierungsdaten ermöglichte, die in öffentlichen Datenbanken verfügbar sind.

Die detaillierte Analyse bestimmter Virusfamilien führte zur Entdeckung von mehr als 30 neuen Coronavirus-Spezies, darunter interessante Beispiele bei aquatischen Wirbeltieren wie Fischen und Amphibien, deren Coronaviren ein in zwei Fragmente segmentiertes Genom aufweisen, ein Merkmal, das zwar bei anderen Virusfamilien beschrieben wurde, aber zuvor bei keinem Coronavirus nachgewiesen worden war.

Am Institut für Molekular- und Zellbiologie der Pflanzen, das sich in der Polytechnischen Stadt der Innovation befindet, analysierten die Wissenschaftler der UPV mit Serratus das Virus, das die menschliche Hepatitis D verursacht, einen viralen Erreger mit der Bezeichnung Delta, der eine minimale genomische Größe aufweist und dessen Ursprung unbekannt ist. Dies ermöglichte es dem CSIC-Forscher am IBMCP Marcos de la Peña Rivero, ähnliche Viren in einer Vielzahl anderer Tiere zu entdecken, darunter nicht nur Säugetiere und andere Wirbeltiere, sondern auch Wirbellose. "Überraschenderweise wurden diese Viren auch in Umweltproben gefunden, die aus Seen und Böden in der ganzen Welt entnommen wurden, und ihre Wirte sind derzeit noch unbekannt", erklärt De la Peña.

Evolutionärer Zusammenhang zwischen menschlichen und pflanzlichen Viren in der Umwelt

Darüber hinaus wurden in Umweltproben mit Hepatitis-D-ähnlichen Viren neuartige Virusformen mit ultrakompakten Genomen von winziger Größe (nur 300 Basen, die chemischen Einheiten, aus denen das genetische Material besteht) entdeckt. "Diese Entdeckung ermöglicht es uns, eine enge evolutionäre Verbindung zwischen so weit entfernten Viren wie der menschlichen Hepatitis D und pflanzlichen subviralen Erregern, den so genannten Viroiden, herzustellen", erklärt der CSIC-Forscher.

Sowohl die Datenbank mit allen im Rahmen dieser Studie gewonnenen Viren als auch die entwickelten Werkzeuge sind frei und offen zugänglich (http://www.serratus.io). Diese Instrumente können von großem Nutzen sein, um die Vielfalt aller auf unserem Planeten vorkommenden Viren zu charakterisieren und die Welt auf mögliche neue Pandemien vorzubereiten, deren verheerende Folgen wir derzeit mit neu auftretenden Viruserkrankungen wie COVID-19, verursacht durch das Coronavirus SARS-CoV-2, erleben.

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