Các nhà khoa học từ Trung tâm Sinh học thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Cộng hòa Séc đã phát hiện 40 loại virus mới có khả năng lây nhiễm trên các sinh vật đơn bào thủy sinh nước ngọt trong năm nay. Loại đầu tiên mà họ phân lập và mô tả chi tiết được đặt tên là Budvirus, theo tên thủ đô Nam Bohemia, České Budějovice. Virus này thuộc nhóm "Virus khổng lồ" và lây nhiễm cho loài tảo đơn bào được gọi là cryptophyte.

Các nhà nghiên cứu đã xác nhận rằng loại virus này đóng vai trò quan trọng trong hệ sinh thái, vì nó kiểm soát hiện tượng tảo nở hoa, góp phần duy trì sự cân bằng trong môi trường thủy sinh. Tất cả các virus này được phát hiện tại hồ chứa Římov, gần thành phố České Budějovice, nơi đã được các nhà thủy sinh học Nam Bohemia theo dõi thường xuyên trong suốt 50 năm qua và là một trong những hồ chứa nước ngọt được nghiên cứu kỹ lưỡng nhất ở châu Âu. Công trình nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí The ISME Journal.

Hình ảnh virus Budvirus qua kính hiển vi điện tử. Nguồn: Trung tâm Sinh học CAS

Mặc dù chúng ta có các hệ sinh thái nước ngọt như hồ, ao, hồ chứa và sông ngòi ở khắp mọi nơi, nhưng các đại diện vi mô của chúng, đặc biệt là virus và vi khuẩn, vẫn là một lĩnh vực ít được khám phá. Một giọt nước có thể chứa đến một triệu vi khuẩn và số lượng virus gấp mười lần, nhưng chỉ một phần rất nhỏ trong số này được mô tả. Các phương pháp hiện đại như phân tích DNA môi trường đang mang lại những tiến bộ lớn trong nghiên cứu thế giới vi mô thủy sinh. Đây cũng là một trong những phương pháp được nhóm nghiên cứu khoa học Cộng hòa Séc áp dụng.

"Cách hoạt động của phương pháp này là chúng tôi chiết xuất tất cả vật liệu di truyền từ một mẫu nước, phân tích nó bằng các phương pháp giải trình tự DNA, và từ đó, chúng tôi có thể truy dấu các loài sinh vật nào có mặt trong nước. Điều này cung cấp manh mối để tìm ra các loại virus hoặc vi khuẩn mới," ông Rohit Ghai, trưởng Phòng thí nghiệm Sinh thái và Tiến hóa Vi sinh tại Trung tâm Sinh học CAS, giải thích. Dựa vào các manh mối phân tử này, các nhà khoa học tiếp tục tìm kiếm virus hiện có trong các mẫu nước khác. Họ cũng cố gắng đưa virus vào phòng thí nghiệm, bảo quản trong điều kiện thí nghiệm và tiến hành nghiên cứu chi tiết.

Virus Budvirus mới được phát hiện có thể tồn tại ở nhiều hồ tại châu Âu hoặc các châu lục khác

Các nhà thủy sinh học lần đầu phát hiện Budvirus vào mùa xuân năm nay, khi tảo vi mô phát triển nhanh chóng trong nước. Họ biết rằng nhờ sự tác động của các loài săn mồi trong hệ sinh thái phù du (như nguyên sinh động vật, luân trùng hoặc cladocera) và sự cạn kiệt chất dinh dưỡng, các loài tảo này sẽ biến mất trong thời gian ngắn. Tuy nhiên, họ đã xác nhận rằng loại virus khổng lồ mới phát hiện này đóng vai trò quan trọng trong sự suy giảm tảo, đặc biệt trong thời kỳ tăng trưởng phù du vào mùa xuân.

“Budvirus là loại virus đầu tiên được mô tả có khả năng lây nhiễm cryptophytes thuộc chi Rhodomonas, một trong những loài tảo phù du phổ biến nhất. Có thể giả định rằng nó đại diện cho một nhóm virus phân bố toàn cầu trong các hệ sinh thái nước ngọt và xuất hiện trên khắp thế giới,” thành viên nhóm nghiên cứu Helena Henriques Vieira cho biết.

Vỏ capsid của Budvirus có dạng hình khối 20 mặt, với kích thước 200 nanomet, lớn hơn khoảng 10 lần so với kích thước thông thường của virus. Bộ gen của nó mã hóa hơn 400 protein, trong đó một nửa có chức năng chưa xác định. Có nhiều loại virus tảo với kích thước tương tự được gọi là “Virus khổng lồ,” và Budvirus thuộc nhóm này.

Thông qua phân tích DNA môi trường, các nhà nghiên cứu đã phát hiện rằng các virus khổng lồ có gen gần như giống hệt với Budvirus có thể được tìm thấy ở nhiều hồ tại châu Âu hoặc các châu lục khác. Theo khía cạnh này, việc nghiên cứu chuyên sâu tại một địa điểm có thể mang lại tác động toàn cầu trong nghiên cứu các vi sinh vật ở môi trường nước ngọt.

Khám phá các thành phần trong hệ sinh thái và mối tương tác của chúng giúp hiểu rõ những biến đổi bất ngờ

Bình nuôi cấy Rhodomonas. Bình màu đỏ chứa môi trường nuôi cấy khỏe mạnh (không bị nhiễm virus); các bình màu xanh lục/vàng ở hai bên chứa môi trường nuôi cấy Rhodomonas bị nhiễm virus khổng lồ. Nguồn: Helena Henriques Vieira, Trung tâm Sinh học CAS

Hệ sinh thái nước ngọt là những môi trường rất năng động, chứa đầy các tương tác phức tạp giữa các sinh vật – từ vi khuẩn, virus, tảo và nguyên sinh động vật ở kích thước hiển vi đến các sinh vật lớn hơn như cá. Những tương tác lẫn nhau, bao gồm săn mồi, ký sinh, cạnh tranh hoặc cộng sinh, có ảnh hưởng lớn đến sự cân bằng của hệ sinh thái và khả năng đáp ứng với các thay đổi bên ngoài như dao động nhiệt độ, biến đổi hóa học trong nước hoặc sự du nhập của các loài mới.

Với phát hiện mới này, nhóm nhà khoa học Cộng hòa Séc đã góp phần hiểu rõ hơn về các tương tác sinh thái và tiến hóa giữa virus và vật chủ của chúng trong các môi trường nước ngọt.

“Việc hiểu rõ về các thành phần trong hệ sinh thái và cách chúng tương tác với nhau là rất quan trọng. Khi những thay đổi bất ngờ xảy ra trong nước, chúng ta sẽ biết được nguyên nhân,” Ghai bổ sung.