在世界各地收集的海洋水樣已經產生了一個關於RNA病毒的新數據寶庫、擴大了生態研究的可能性並重塑了人們對這些小而重要的亞微觀粒子如何演變的理解。通過結合機器學習分析和傳統的進化樹，一個國際研究小組已經確定了5500個新的RNA病毒物種–其代表了所有五個已知的RNA病毒門類，另外還指出至少需要五個新的RNA病毒門類來捕獲它們。
其中，最豐富的新識別物種集合屬於一個擬議的門類，研究人員將其命名為Taraviricota，這是對能進行分析的35,000份水樣的來源的認可：Tara Oceans Consortium（Tara海洋聯盟），這是一個正在進行的全球研究，其正在Tara號雙桅船上研究氣候變化對世界海洋的影響。
這項研究的論文第一作者、俄亥俄州立大學微生物學教授Matthew Sullivan指出：“這裡有如此多的新多樣性–且整個門類即Taraviricota在海洋中都有被發現，這表明它們在生態上非常重要。RNA病毒在我們的世界中顯然也非常重要，但我們通常只研究它們中的一小部分–那幾百種危害人類、植物和動物的病毒。我們想在一個非常大的範圍內系統地研究它們並探索一個沒有人深入研究過的環境，我們很幸運，因為幾乎每一個物種都是新的且許多是真正的新物種。”
這項研究於2022年4月7日發表在《科學》上。
雖然微生物是地球上所有生命的重要貢獻者，但感染或跟它們互動的病毒對微生物的功能有各種影響。這些類型的病毒被認為有三個主要功能：殺死細胞、改變受感染細胞管理能量的方式、將基因從一個宿主轉移到另一個宿主。
研究人員指出，更多地了解世界海洋中的病毒多樣性和丰度將有助於解釋海洋微生物在海洋適應氣候變化中的作用。海洋從大氣中吸收了人類產生的二氧化碳的一半，該小組以前的研究表明，海洋病毒是影響海洋中碳儲存方式的生物泵的“旋鈕”。
通過接受對RNA病毒進行分類的挑戰，該小組進入了早期分類工作的水域，這些分類工作主要集中在RNA病毒病原體上，但仍有波瀾。在生物王國Orthornavirae中，國際病毒分類委員會(ICTV)最近確認了五個門類。
儘管研究小組確定了數百個新的RNA病毒物種符合這些現有的劃分，但他們的分析又確定了數以千計的物種，他們將這些物種歸入五個新的擬議門類：Taraviricota、Pomiviricota、Paraxenoviricota、Wamoviricota和Arctiviricota。
Sullivan的團隊早就對海洋中的DNA病毒物種進行了編目，他們將數字從2015年和2016年的幾千種增長到2019年的20萬種。對於這些研究，科學家們可以獲得病毒顆粒來完成分析。
在目前這些檢測RNA病毒的努力中，沒有病毒顆粒可以研究。反之，研究人員從漂浮在海中的生物體中表達的基因中提取序列，另外還將分析範圍縮小到包含一個名為RdRp的標誌性基因的RNA序列。據悉，該基因在RNA病毒中已經進化了數十億年，而在其他病毒或細胞中卻沒有。
由於RdRp的存在可以追溯到地球上首次發現生命的時候，所以考慮到它的序列位置已經分化了很多次，這意味着傳統的系統發育樹關係不可能僅用序列來描述。對此，該團隊使用機器學習組織了44,000個新的序列以處理這些數十億年的序列分歧，另外還通過顯示該技術來準確地對已經確定的RNA病毒的序列進行分類來驗證該方法。
“我們必須以已知為基準來研究未知。我們已經創建了一種計算上可重複的方式來對齊這些序列，在那裡我們可以更有信心，我們正在對齊準確反映進化的位置。”Sullivan說道。據悉，他還是土木、環境和大地測量工程的教授，俄亥俄州的微生物組科學中心的創始主任和EMERGE生物集成研究所的領導團隊成員。
使用序列結構的三維表示法和比對的進一步分析顯示，由5500個新物種組成的集群並不適合被歸入Orthornavirae王國的五個現有的RNA病毒門類中。
研究論文的共同第一作者、俄亥俄州立大學微生物學研究科學家、EMERGE研究所的研究負責人Ahmed Zayed指出：“我們將我們的集群跟既定的、公認的基於系統發育的分類群進行比較，這使得我們發現我們的集群比現有的集群更多。”
總體來說，這些發現使研究人員不僅提出了五個新門類，而且還提出了至少11個新的orthornaviran類RNA病毒。該團隊正在準備一份提案以要求ICTV正式確定候選門類和類別。
Zayed表示，關於RdRp基因隨着時間的推移而分化的新數據的程度帶來了對早期生命可能在地球上如何進化的更好理解。“RdRp應該是最古老的基因之一–它在需要DNA之前就已經存在。因此，我們不僅僅是在追蹤病毒的起源，也是在追蹤生命的起源。”