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Fast alle Viren einer riesigen Tiefsee-Bergbauzone waren unbekannt
In den Sedimenten der Clarion-Clipperton-Bruchzone im Pazifik steckt eine außergewöhnlich wenig bekannte Virenwelt. Ein neuer Genkatalog umfasst 11.742 Virusgruppen, von denen 99,3 Prozent in heutigen Referenzdatenbanken keinen entsprechenden Cluster fanden und die laut Genomanalysen Stoffkreisläufe sowie die Anpassung von Mikroben an die metallreiche Tiefsee mitprägen könnten.
Chongqing (China). Die Clarion-Clipperton-Bruchzone im tropischen Pazifik gilt als weltweit größtes Erkundungsgebiet für polymetallische Knollen, deren Metallgehalt den Meeresboden für einen möglichen Tiefseebergbau interessant macht. Gleichzeitig bilden die Sedimente einen Lebensraum für Mikroorganismen, deren Bedeutung für den Stoffhaushalt der Tiefsee erst teilweise verstanden ist.
Viren gehören zu diesem unsichtbaren Ökosystem, weil sie Bakterien und Archaeen infizieren und dadurch deren Wachstum, Stoffwechsel und genetische Ausstattung beeinflussen können. Gerade in den Knollenfeldern war bisher aber kaum bekannt, welche Viren vorkommen und welche ökologischen Funktionen sie übernehmen könnten.
Forscher der Chongqing University (CQU) um Dr. Lilan Zhang haben dafür 53 Sedimentproben von 14 Stationen in der westlichen Clarion-Clipperton-Bruchzone ausgewertet, die 2023 und 2024 aus den oberen 16 Zentimetern des Meeresbodens gewonnen wurden. Zusammen mit sieben bereits veröffentlichten Proben umfasste die Analyse 60 Metagenome und rund 1,2 Terabyte Sequenzdaten.
Daraus rekonstruierte das Team 14.181 Virussequenzen mit mehr als 5.000 Basenpaaren und ordnete sie 11.742 genetisch abgegrenzten Virusgruppen auf ungefähr Artniveau zu. Von diesen sogenannten vOTUs ließen sich 11.662, also 99,3 Prozent, nicht mit vorhandenen Referenzsequenzen zu gemeinsamen Clustern zusammenfassen, während 95,6 Prozent keiner bekannten Virusfamilie zugeordnet werden konnten.
Auch im Vergleich mit Viren aus Tiefseegräben, Hydrothermalquellen und kalten Quellen blieb die Überschneidung gering, denn nur vier Prozent der Proteincluster aus der Clarion-Clipperton-Bruchzone kamen auch in mindestens einem dieser anderen Tiefsee-Lebensräume vor. Zugleich waren 84 Prozent der erfassten viralen Proteine in den verwendeten Datenbanken ohne bekannte Funktion.
Um mögliche Wirte zu bestimmen, rekonstruierten die Forscher zusätzlich 484 mikrobielle Genome auf ungefähr Artniveau und leiteten daraus 755 wahrscheinliche Virus-Wirt-Beziehungen zwischen 482 Virusgruppen und 192 dieser Mikroben ab. Die potenziellen Wirte verteilten sich auf 26 bakterielle und zwei archaeelle Stämme und umfassten Organismen, die am Umsatz von Kohlenstoff, Stickstoff, Phosphor, Schwefel und Metallen beteiligt sind.
In 4.920 ausreichend langen Virusgenomen suchte das Team außerdem nach sogenannten Hilfsstoffwechselgenen und fand 293 Kandidaten, von denen sich 52 bekannten Stoffwechselkategorien zuordnen ließen. Solche Gene könnten infizierten Wirtszellen vorübergehend zusätzliche Stoffwechselfunktionen verleihen und dadurch biogeochemische Prozesse im Sediment beeinflussen.
Hinzu kamen virale Gene, die mit der Widerstandsfähigkeit gegen Metalle zusammenhängen könnten. Die Forscher identifizierten 40 Proteincluster aus 16 Resistenzkategorien, besonders häufig mit Bezug zu Nickel, aber auch zu Zink, Quecksilber und Kupfer, während vergleichende Genomanalysen zusätzlich auf einen möglichen Genaustausch zwischen Viren und Wirten hinweisen.
Die ökologische Einordnung ist relevant, weil die Clarion-Clipperton-Zone besonders intensiv auf mineralische Rohstoffe erkundet wird und dort nach Angaben der Internationalen Meeresbodenbehörde 17 der 31 von ihr vergebenen Explorationsverträge liegen. Die neue Studie untersucht allerdings keine Bergbaufolgen, sondern dokumentiert den mikrobiellen Ausgangszustand vor möglichen großflächigen Eingriffen.