科學家們掌握了世界海洋中成千上萬種DNA和RNA病毒的目錄，現在他們正在鎖定最有可能透過幫助捕獲海水中的二氧化碳來應對氣候變遷的病毒，或者利用類似的技術，鎖定可能阻止甲烷從解凍的北極土壤中逃逸的不同病毒。

基於網路的生態互動分析表明，北極和南極地區RNA 病毒物種的多樣性高於預期。

基因組分析的進展

透過將基因組定序數據與人工智慧分析相結合，研究人員發現了海洋病毒，並對其基因組進行了評估，發現它們從其他微生物或細胞中”竊取”了處理海洋中碳的基因。透過繪製微生物代謝基因（包括水下碳代謝基因）圖譜，研究人員發現全球海洋中有340 種已知的代謝途徑。其中，有128種還存在於海洋病毒的基因組中。

俄亥俄州立大學微生物學教授兼微生物組科學中心主任馬修-沙利文（Matthew Sullivan）說：”這個數字如此之高，讓我感到震驚。”

透過計算技術的進步，研究小組挖掘了這一巨大的數據寶庫，現在已經揭示了哪些病毒在碳代謝中發揮作用，並將這一資訊用於新開發的群落代謝模型，以幫助預測如何利用病毒來設計海洋微生物群，從而實現更好的碳捕獲。

沙利文說：”建模是為了了解病毒是如何提高或降低系統中的微生物活性的。群落代謝建模告訴我一個夢寐以求的數據點：哪些病毒以最重要的代謝途徑為目標，這很重要，因為這意味著它們是很好的槓桿。”

昨天（2024 年2 月17 日），沙利文在丹佛舉行的美國科學促進會年會上介紹了這項研究。

碳捕獲病毒工程

蘇利文是塔拉海洋聯合會（Tara Oceans Consortium）的病毒研究協調人，該聯合會是一項為期三年的全球性研究，研究氣候變遷對世界海洋的影響，並收集了35,000 份含有豐富微生物的水樣。他的實驗室主要研究噬菌體（感染細菌的病毒）及其在工程框架中的放大潛力，以操縱海洋微生物將碳轉化為最重的有機物，並沉入海底。

“海洋會吸收碳，這可以緩衝氣候變遷。二氧化碳作為氣體被吸收，並由微生物將其轉化為有機碳，」沙利文說。”我們現在看到的是，病毒以這些微生物群落代謝中最重要的反應為目標。這意味著我們可以開始研究哪些病毒可以用來將碳轉化為我們想要的那種碳。換句話說，我們能否加強這個巨大的海洋緩衝區，使其成為碳匯，為應對氣候變遷爭取時間，而不是將碳釋放回大氣層，加速氣候變遷？”

2016 年，塔拉團隊確定海洋中的碳下沉與病毒的存在有關。人們認為，當受病毒感染的碳處理細胞聚集成較大的黏性聚合體並掉落到海底時，病毒有助於碳的下沉。研究人員開發了基於人工智慧的分析方法，從數以千計的病毒中找出少數”VIP”病毒，在實驗室中進行培養，並將其作為海洋地球工程的模型系統。

塔拉海洋聯合會的達米安-埃維拉德（Damien Eveillard）教授開發的這種新的群落代謝模型，有助於他們了解這種方法可能會產生哪些意想不到的後果。沙利文的實驗室正在吸取這些海洋方面的經驗教訓，並將其應用到人類環境中的病毒微生物組工程中，以幫助脊髓損傷後的康復、改善感染愛滋病毒的母親所生嬰兒的預後、對抗燒傷傷口的感染等。

海洋以外的應用

土木、環境和大地工程學教授沙利文說：「我們正在進行的對話是，『這其中有多少是可以轉換的？』我們的總體目標是對微生物組進行工程設計，使其朝著我們認為有用的方向發展。”

他還報告了在一個完全不同的生態系統中使用噬菌體作為地球工程工具的早期努力：瑞典北部的永久凍土帶，那裡的微生物既能改變氣候，又能在凍土融化時對氣候變遷做出反應。

俄亥俄州立大學微生物學副教授維吉尼亞-里奇（Virginia Rich）是美國國家科學基金會資助的EMERGE生物整合研究所的共同主任，該研究所設在俄亥俄州立大學，負責組織瑞典野外現場的微生物組科學研究。里奇也共同領導了先前的研究，該研究發現解凍的永久凍土層土壤中的單細胞生物是甲烷（一種強效溫室氣體）的重要生產者。

里奇與新罕布夏大學的露絲-瓦爾納（Ruth Varner）共同組織了美國科學院會議，後者是EMERGE研究所的共同負責人，該研究所的工作重點是更好地了解微生物群如何應對永久凍土融化以及由此產生的氣候交互作用。

沙利文的演講題目是”從生態系統生物學到用病毒管理微生物組”，是在題為”以微生物組為目標的生態系統管理”的會議上發表的：小角色，大作用”的會議上發表的。

海洋方面的工作得到了美國國家科學基金會、戈登和貝蒂-摩爾基金會以及塔拉海洋公司的支持，除了美國國家科學基金會外，土壤方面的工作也得到能源部和格蘭瑟姆基金會的資助。

編譯來源：ScitechDaily