Para ilmuwan kini berfokus pada spesies virus di lautan yang paling mungkin memerangi perubahan iklim dengan membantu memerangkap karbon dioksida dalam air laut. Kredit: SciTechDaily.com
Para peneliti mulai menerapkan pembelajaran dari lautan ke tanah.
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 dalam air laut atau, dengan menggunakan teknik serupa, virus lain yang dapat mencegah pelepasan 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 di seluruh 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 The 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 karbon yang lebih baik. menangkap akan terlihat.
“Pemodelan ini tentang bagaimana virus dapat meningkatkan atau menurunkan aktivitas mikroba dalam sistem,” kata Sullivan. “Pemodelan metabolisme komunitas memberi tahu saya inti data yang diimpikan: virus mana yang menargetkan jalur metabolisme paling penting, dan itu penting karena ini 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 untuk 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 agar mengubah karbon menjadi bentuk organik terberat yang akan tenggelam ke dasar laut.
“Lautan menyerap karbon, dan hal 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. Ini berarti kita dapat mulai menyelidiki virus mana yang dapat digunakan untuk mengubah karbon menjadi jenis yang kita inginkan.
“Dengan kata lain, dapatkah kita memperkuat penyangga laut yang sangat besar ini menjadi penyerap karbon guna mengulur waktu melawan perubahan iklim, dibandingkan dengan melepaskan karbon kembali ke atmosfer untuk mempercepat perubahan iklim?”
Pada tahun 2016, tim Tara menyimpulkan bahwa tenggelamnya karbon di lautan disebabkan oleh keberadaan virus. Virus diperkirakan membantu menyerap karbon ketika sel-sel pengolah karbon yang terinfeksi virus berkumpul menjadi agregat yang lebih besar dan lengket yang jatuh ke dasar laut. Para peneliti mengembangkan analitik berbasis AI untuk mengidentifikasi ribuan virus yang hanya sedikit yang merupakan virus “VIP” untuk dikultur 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. Laboratorium Sullivan memanfaatkan pembelajaran kelautan ini dan menerapkannya dalam 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.
Aplikasi 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 penggunaan 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 menyelenggarakan 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 metana yang signifikan, gas rumah kaca yang kuat.
Rich ikut menyelenggarakan sesi AAAS dengan Ruth Varner dari Universitas New Hampshire, yang juga mengepalai EMERGE Institute, yang berfokus pada pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana mikrobioma merespons pencairan lapisan es dan interaksi iklim yang diakibatkannya.
Pembicaraan Sullivan bertajuk “Dari biologi ekosistem hingga pengelolaan mikrobioma dengan virus,” dan disampaikan pada sesi bertajuk “Pengelolaan Ekosistem Bertarget Mikrobioma: Pemain Kecil, Peran Besar.”
Pekerjaan di bidang kelautan didukung oleh National Science Foundation, Gordon and Betty Moore Foundation, dan Tara Oceans, dan, selain NSF, pekerjaan di bidang tanah juga didanai oleh Departemen Energi dan Grantham Foundation.
