과학자들은 광합성을 장악하는 230개의 거대 해양 바이러스를 발견했습니다.

출처: 그리그 스튜어드 박사, 하와이 대학교 마노아 캠퍼스

단세포 조류인 플로렌시엘라(Florenciella)에 감염된 거대 바이러스. 거대 바이러스가 유전 물질을 감싸고 있는 육각형 캡시드를 가진 플로렌시엘라 세포에서 터져 나오는 모습이 보입니다.

거대 바이러스는 원생생물이라고 불리는 단세포 해양 생물의 생존에 중요한 역할을 합니다. 여기에는 해양 먹이 사슬의 기반을 형성하는 조류, 아메바, 편모충류가 포함됩니다. 이러한 원생생물은 먹이 사슬의 중요한 부분을 차지하기 때문에, 이러한 거대 DNA 바이러스는 유해한 조류 증식을 포함한 다양한 공중 보건 위험을 초래하는 경우가 많습니다.

로젠스틸 해양·대기·지구과학대학 과학자들의 새로운 연구는 수로와 바다에 존재하는 다양한 유형의 바이러스를 밝히는 데 도움이 될 수 있습니다. 이러한 지식은 지역 지도자들이 유해한 조류 대발생이 해안선에 영향을 미치거나 지역 만, 강, 호수에 다른 바이러스가 존재하는 경우 더욱 효과적으로 대비하는 데 도움이 될 수 있습니다.

연구진은 고성능 컴퓨팅 방법을 사용하여 공개적으로 이용 가능한 해양 메타게놈 데이터 세트에서 230개의 새로운 거대 바이러스를 식별하고 그 기능을 분석했습니다.

Nature npj Viruses 저널에 게재된 이번 연구 결과에는 기존 문헌에 알려지지 않은 새로운 거대 바이러스 유전체의 발견이 포함됩니다. 이 유전체 내에서 광합성에 관여하는 9개의 단백질을 포함하여 530개의 새로운 기능성 단백질이 확인되었습니다. 이는 이 바이러스들이 감염 과정에서 숙주와 광합성 과정을 조종할 수 있음을 시사합니다.

"바다에서 거대 바이러스의 다양성과 역할, 그리고 이들이 조류 및 기타 해양 미생물과 어떻게 상호작용하는지 더 잘 이해함으로써 플로리다뿐만 아니라 전 세계적으로 인간의 건강을 위협하는 유해 조류 대발생을 예측하고 관리할 수 있을 것입니다."라고 이 연구의 공동 저자이자 해양생물생태학과 조교수인 모하마드 모니루자만은 말했습니다.

"거대 바이러스는 해양 생태계와 먹이원을 지탱하는 먹이 사슬의 기반 역할을 하는 많은 식물성 플랑크톤의 주요 사망 원인입니다. 거대 바이러스에서 발견되는 새로운 기능은 생명공학적 잠재력을 가지고 있는데, 이러한 기능 중 일부는 새로운 효소를 나타낼 수 있기 때문입니다."

최근까지 거대 바이러스는 생물정보학 파이프라인의 한계로 인해 과학적 방법으로는 거의 검출되지 않았습니다. 연구진은 BEREN ( Bioinformatic tool for Eukaryotic Virus Recovery from E nvironmental metage Nomes )이라는 혁신적인 도구를 개발했습니다. 이 도구는 방대한 공개 DNA 시퀀싱 데이터세트에서 거대 바이러스 유전체를 식별하도록 설계되었습니다.

로젠스틸 경영대학원 해양생물생태학과 박사과정생이자 이 연구의 주저자인 벤자민 민치는 "거대 바이러스가 탄소 대사와 광합성과 같은 세포 기능에 관여하는 유전자를 보유하고 있다는 사실을 발견했습니다. 이는 전통적으로 세포 생물에서만 발견되는 유전자입니다."라고 말했습니다. "이는 거대 바이러스가 감염 과정에서 숙주의 대사를 조절하고 해양 생지화학에 영향을 미치는 데 매우 중요한 역할을 한다는 것을 시사합니다."

저자들은 Frost Institute for Data Science and Computing(IDSC)의 마이애미 대학 Pegasus 슈퍼컴퓨터를 사용하여 대규모 메타게놈을 처리하고 조립했습니다. 이 메타게놈은 종종 라이브러리당 기가베이스를 초과하여 수백 개의 미생물 군집 라이브러리를 재구성할 수 있었습니다.

민치는 "이 연구를 통해 수로의 오염과 병원균을 모니터링하는 능력에 도움이 될 수 있는 새로운 바이러스를 탐지하는 기존 도구를 개선하는 프레임워크를 만들 수 있었습니다."라고 덧붙였습니다.

연구팀은 극지방에서 극지방에 걸쳐 진행된 9건의 대규모 해양 샘플링 프로젝트에서 DNA 시퀀싱 데이터를 다운로드했습니다. BEREN을 사용하여 이 데이터에서 거대 바이러스 유전체를 추출했습니다.

그런 다음, 공개적으로 이용 가능한 유전자 기능 데이터베이스를 사용하여 유전체에 주석을 달아 바이러스가 암호화하는 기능을 분석했습니다. 이 유전체들을 현재 이용 가능한 모든 거대 바이러스 대표 유전자와 비교하여 새로운 기능을 확인했습니다.

이 연구를 지원하는 BEREN 프로그램은 시퀀싱 데이터세트에서 거대 바이러스를 식별하고 분류하는 데 사용하기 쉬운 원스톱 도구를 제공함으로써 연구 분야의 공백을 메웁니다. BEREN은 누구나 사용할 수 있으며, https://gitlab.com/benminch1/BEREN 에서 다운로드할 수 있습니다.

"글로벌 해양 거대 바이러스의 유전체 및 기능적 다양성 확장"이라는 제목의 이 연구는 2025년 4월 21일 Nature npj Viruses 저널에 게재되었습니다. 저자는 마이애미 대학교 로젠스틸 해양·대기·지구과학대학의 벤자민 민치와 모하마드 모니루자만입니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/06/250606193228.htm