Крошечные одноклеточные существа, плавающие в океане, могут быть первыми организмами, когда-либо подтвержденными, что они поедают вирусы.
Ученые собрали организмы, известные как простейшие , из поверхностных вод залива Мэн и Средиземного моря у побережья Каталонии, Испания. Они обнаружили множество вирусных ДНК, связанных с двумя различными группами простейших, названными хоанозойными и пикозойными; одинаковые последовательности ДНК обнаруживаются у многих представителей этих двух групп, несмотря на то, что некоторые из этих одноклеточных организмов не имеют близкого родства.
«Это было бы похоже на организмы, столь же отдаленные, как деревья и люди, или даже более отдаленные, чем это», - сказала ведущий автор Джулия Браун, специалист по биоинформатике из Лаборатории океанологических наук Бигелоу в штате Мэн. «Очень, очень маловероятно, что эти вирусы способны заразить все организмы, в которых мы их нашли». Проведя ряд тестов, Браун и ее коллеги пришли к выводу, что протисты, скорее всего, потребляли вирусы в пищу, а не подбирали их случайно или заражались ими. Команда говорит, что их результаты, опубликованные сегодня (24 сентября) в журнале Frontiers in Microbiology , могут изменить наше представление о всей океанской пищевой сети..
Однако один эксперт сообщил Live Science, что исследование не доказывает окончательно, что протисты действительно ели вирусы.
«Обнаружение вирусных последовательностей в ... клетках само по себе вряд ли может ответить на вопрос о том, как эти вирусные частицы попали в клетку», - сказал Кристиан Гриблер, эколог по пресноводным микробам из Венского университета, не принимавший участия в исследовании электронное письмо. По его словам, потребуется дополнительная работа, чтобы показать, как и поглощают ли эти протисты вирусы, и если да, то сколько питательных веществ они получают от этих микроскопических закусок.
Новый узел в пищевой сети?
Гриблер отметил, что в прошлом протисты , у которых есть ядро для хранения ДНК, известные как эукариоты , поглощали вирусную ДНК. Однако ученые мало что знают о том, как клетки принимают вирусы в первую очередь, сказал он. Протисты, которые фильтруют корм, могут всасывать свободно плавающие вирусы из окружающей воды или же они могут поглощать вирусы, которые цепляются за другие крошечные частицы вещества в океане. Кроме того, вирусы, называемые бактериофагами, заражают бактерийяльные клетки , а протисты, которые поедают бактерии, могут случайно заразиться этими вирусами, добавил он.
Но остается большой вопрос, насколько важны вирусы, являющиеся источником пищи, для протистов, которые могут их проглотить, сказал Браун.
Небольшое количество прошлых исследований потребления вирусов простейшими проводилось в контролируемых лабораторных условиях, «но эти [протистские] изоляты не отражали то, что в изобилии в океане, и не было сделано никаких выводов относительно того, насколько это актуально для происходящего. в реальном мире ", - сказал Live Science старший научный сотрудник Рамунас Степанаускас, старший научный сотрудник Лаборатории наук об океане Бигелоу. Чтобы найти реальные доказательства того, что протисты поедают вирусы, Степанаускас и его команда отправились в открытый океан.
Всего команда собрала около 1700 отдельных протистов из залива Мэн и Средиземного моря; они захватывали клетки, принадлежащие более чем 10 различным группам простейших, хотя хоанозойные и пикозойные в основном появлялись в пробах воды из залива Мэн. Затем команда отправила образцы воды через инструмент, называемый проточным цитометром, который сортирует любые плавающие в воде клетки по их физическим характеристикам. Оттуда они проанализировали ДНК, связанную с каждой отсортированной клеткой; это включало ДНК самой клетки, любые микробы, прилипшие к ее поверхности, и любые организмы, попавшие в ловушку внутри организма.
Этот метод сбора генома «не делает различий между геномной ДНК и любой другой ДНК, которая уже находится в клетке, поэтому мы также смогли увидеть вирусную ДНК и любые связанные с ней бактерии, которые могут там находиться», - сказал Браун. В целом, вирусная ДНК появилась примерно у 51% протистов из залива Мэн и у 35% из тех, кто проживал в Средиземноморье, при этом большинство этих вирусов были бактериофагами или вирусами, заражающими бактерии. Но в группах хоанозоа и пикозоа 100% образцов для сравнения содержали последовательности вирусной ДНК, но мало следов бактериальной ДНК. Это намекает на то, что простейшие принимали вирусы изолированно, а не употребляли инфицированные бактерии.
«Мы видим ... повышенный уровень вирусов в этих двух группах и постоянно среди всех членов групп», особенно по сравнению с другими протистами, - сказал Браун. Также исключив возможность того, что все эти протисты были напрямую инфицированы вирусами, команда сочла, что вирусы могут либо застрять снаружи клеток, либо случайно отсортироваться вместе с клетками в проточном цитометре. Но они обнаружили, что "уровни вирусов, которые мы видим в этих клетках, выше числа, которое было бы отсортировано случайно", - сказал Браун. Различный уровень вируса в разных группах протистов также делает маловероятным случайное прилипание патогенов к протистам, добавила она.
Еще несколько неизвестных
Несмотря на эти данные, Гриблер сказал, что все еще существуют альтернативные объяснения того, как вирусная ДНК попала в протистов, включая возможность того, что протисты потребляли инфицированные бактериальные клетки. По его словам, чтобы окончательно исключить такую возможность, авторам исследования нужно будет проверить, присутствуют ли вирусные последовательности, обнаруженные в протистах, в большом количестве в бактериальных клетках, и как часто эти бактериальные клетки появляются в клеточных брюшках протистов. Более того, если эти вирусы действительно представляют собой источник пищи, количество питательных веществ, обеспечиваемых вирусами, все равно необходимо рассчитывать, добавил Гриблер.
«Подсчет показывает, что простейшая клетка, которая ест вирусные частицы вместо бактериальных клеток, должна потреблять 100 (или более) вирусных частиц, чтобы получить такое же количество углерода при поедании одной бактериальной клетки», - отметил он. . «Кажется очень маловероятным, что простейшие» - эукариотические простейшие - «смогут покрыть свою потребность в углероде и питательных веществах за счет вирусной диеты».
Тем не менее, хотя известно, что хоанозойны потребляют бактерии, диета пикозоанов остается несколько загадочной. В одном отчете, опубликованном в 2007 году в журнале PLOS ONE , было обнаружено, что устройство для кормления пикозоа слишком мало для захвата бактериальных клеток, но достаточно велико, чтобы захватывать частицы диаметром менее 0,000006 дюйма (150 нанометров), которые могут включать вирусы. «Пикозоа - это действительно загадочная группа протистов в океане», - отметил Степанаускас. По его словам, они могут составлять до 15% данного сообщества протистов, особенно в прибрежных водах, поэтому изучение того, поглощают ли пикозои вирусы, может изменить наше понимание того, как питательные вещества проходят через океан в целом.
«Если объединить биомассу морских простейших или морских вирусов, эта биомасса будет намного больше, чем биомасса всех китов вместе взятых», - сказал Степанаускас. «Более крупные организмы, которые мы видим невооруженным глазом… они полностью зависят от микроскопических организмов», которые отправляют питательные вещества вверх через пищевую сеть.
Он добавил, что открытие того, что вирусы не только заражают клетки, но и могут рассматриваться как критический узел в пищевой сети, представляет собой «другой образ мышления». По словам Брауна, поедая вирусы, простейшие могут вызвать волновой эффект во всей морской экосистеме, ограничивая количество вирусов, доступных для заражения бактериальных клеток, и перетасовывая питательные вещества из вирусов на более высокие уровни пищевой сети.