Virus Memperkuat Kapasitas Penangkapan Karbon Laut

Para peneliti mulai menerapkan pembelajaran dari lautan ke darat.

Berbekal katalog ratusan ribu DNA dan RNA virus jenis Di lautan dunia, para ilmuwan kini berfokus pada virus yang kemungkinan besar dapat memerangi perubahan iklim dengan membantu memerangkap karbon dioksida di air laut atau, dengan menggunakan teknik serupa, virus lain yang dapat mencegah keluarnya metana dari pencairan tanah Arktik.

Kemajuan dalam Analisis Genomik

Dengan menggabungkan data pengurutan genom dan analisis kecerdasan buatan, para peneliti telah mengidentifikasi virus berbasis lautan dan menilai genomnya untuk menemukan bahwa virus tersebut “mencuri” gen dari mikroba atau sel lain yang memproses karbon di laut. Memetakan gen metabolisme mikroba, termasuk gen untuk metabolisme karbon bawah air, mengungkap 340 jalur metabolisme yang diketahui melintasi lautan global. Dari jumlah tersebut, 128 juga ditemukan pada genom virus laut.

“Saya terkejut melihat angkanya begitu tinggi,” kata Matthew Sullivan, profesor mikrobiologi dan direktur Pusat Ilmu Mikrobioma di Ohio State University.

Setelah mengumpulkan sejumlah besar data melalui kemajuan komputasi, tim kini telah mengungkapkan virus mana yang berperan dalam metabolisme karbon dan menggunakan informasi ini dalam model metabolisme komunitas yang baru dikembangkan untuk membantu memprediksi bagaimana virus dapat digunakan untuk merekayasa mikrobioma laut menuju metabolisme karbon yang lebih baik. . penangkapan akan terlihat.

“Pemodelannya adalah bagaimana virus dapat meningkatkan atau menurunkan aktivitas mikroba dalam sistem,” kata Sullivan. “Pemodelan metabolisme komunitas memberi tahu saya data inti yang saya impikan: virus mana yang menargetkan jalur metabolisme paling penting, dan itu penting karena itu berarti virus adalah alat yang baik untuk digunakan.”

Sullivan mempresentasikan penelitiannya kemarin (17 Februari 2024) pada pertemuan tahunan American Association for the Advancement of Science di Denver.

Rekayasa Viral untuk Penangkapan Karbon

Sullivan adalah koordinator virus di Tara Oceans Consortium, sebuah studi global selama tiga tahun tentang dampak perubahan iklim terhadap lautan di dunia dan sumber dari 35.000 sampel air yang mengandung mikroba. Laboratoriumnya berfokus pada fag, virus yang menginfeksi bakteri, dan potensinya untuk ditingkatkan dalam kerangka rekayasa untuk memanipulasi mikroba laut guna mengubah karbon menjadi bentuk organik terberat yang akan tenggelam ke dasar laut.

“Lautan menyerap karbon, dan ini menjadi penyangga kita terhadap perubahan iklim. CO2 diserap sebagai gas, dan konversinya menjadi karbon organik ditentukan oleh mikroba,” kata Sullivan. “Apa yang kita lihat sekarang adalah virus menargetkan reaksi paling penting dalam metabolisme komunitas mikroba. Artinya kita bisa mulai menyelidiki virus mana yang bisa digunakan untuk mengubah karbon menjadi jenis yang kita inginkan.

“Dengan kata lain, bisakah kita memperkuat penyangga laut yang sangat besar ini menjadi penyerap karbon untuk mengulur waktu melawan perubahan iklim, dibandingkan melepaskan karbon kembali ke atmosfer untuk mempercepat perubahan iklim?”

Pada tahun 2016, tim Tara menyimpulkan bahwa tenggelamnya karbon di lautan disebabkan oleh adanya virus. Virus diperkirakan membantu menyerap karbon ketika sel-sel pemroses karbon yang terinfeksi virus berkumpul menjadi kumpulan yang lebih besar dan lengket yang jatuh ke dasar laut. Para peneliti mengembangkan analitik berbasis AI untuk mengidentifikasi ribuan virus, hanya sedikit di antaranya yang merupakan virus “VIP”, untuk dibiakkan di laboratorium dan digunakan sebagai sistem model untuk geoengineering kelautan.

Pemodelan metabolisme komunitas baru ini, yang dikembangkan oleh kolaborator Profesor Damien Eveillard dari Tara Oceans Consortium, membantu mereka memahami konsekuensi yang tidak diinginkan dari pendekatan semacam itu. Sullivan Lab mengambil pembelajaran kelautan ini dan menerapkannya pada penggunaan virus untuk merekayasa mikrobioma di lingkungan manusia guna membantu pemulihan dari cedera tulang belakang, meningkatkan hasil bagi bayi yang lahir dari ibu dengan HIV, memerangi infeksi pada luka bakar, dan banyak lagi. .

Penerapan di Luar Lautan

“Percakapan yang kami lakukan adalah, 'Berapa banyak dari hal ini yang dapat dialihkan?'” kata Sullivan, yang juga seorang profesor teknik sipil, lingkungan, dan geodesi. “Tujuan keseluruhannya adalah merekayasa mikrobioma menuju apa yang kami anggap berguna.”

Dia juga melaporkan upaya awal untuk menggunakan fag sebagai alat geoengineering di ekosistem yang sama sekali berbeda: lapisan es di Swedia utara, tempat mikroba mengubah iklim dan merespons perubahan iklim saat tanah beku mencair. Virginia Rich, profesor mikrobiologi di Ohio State, adalah salah satu direktur Institut Integrasi Biologi EMERGE yang didanai National Science Foundation yang berbasis di Ohio State yang melakukan ilmu mikrobioma di lokasi lapangan Swedia. Rich juga ikut memimpin penelitian sebelumnya yang mengidentifikasi garis keturunan organisme bersel tunggal di tanah permafrost yang mencair sebagai penghasil emisi metana yang signifikan, gas rumah kaca yang kuat.

Rich menjadi tuan rumah bersama sesi AAAS bersama Ruth Varner dari Universitas New Hampshire, yang juga memimpin EMERGE Institute, yang berfokus pada pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana mikrobioma merespons pencairan lapisan es dan interaksi iklim yang diakibatkannya.

Ceramah Sullivan bertajuk “Dari biologi ekosistem hingga pengelolaan mikrobioma dengan virus,” dan disampaikan dalam sesi bertajuk “Pengelolaan Ekosistem Bertarget Mikrobioma: Pemain Kecil, Peran Besar.”

Pekerjaan kelautan didukung oleh National Science Foundation, Gordon and Betty Moore Foundation, dan Tara Oceans, dan, selain NSF, pekerjaan darat juga didanai oleh Departemen Energi dan Grantham Foundation.