Морские вирусы захватывают гены бактерий, чтобы разрушить их энергетические системы

от

Морские вирусы используют изощрённый метод, напоминающий троянского коня, который позволяет им разрушать энергетические системы океанических бактерий и использовать продукты распада для собственного размножения. Это открытие сделано в результате исследования, проведённого на факультете биологии Технологического института Технион и опубликованного в журнале Nature.

Участники исследования

Статья — результат уникального сотрудничества между тремя преподавателями: профессорами Дебби Линделл, Одедом Беджа и Одедом Клейфельдом, а также тремя молодыми исследователями — докторами Омером Наделем, Равадом Ханной и Андреем Розенбергом.

Роль цианобактерий в экосистеме

Крошечные клетки цианобактерий, обитающие в океанах, играют решающую роль в глобальной экосистеме, поскольку они осуществляют фотосинтез, производя органический углерод, который служит основой океанической пищевой сети. В процессе они вносят значительный вклад в производство кислорода и поглощение углекислого газа из атмосферы, влияя на глобальный углеродный цикл.

Атака вирусов на бактерии

Эти важные бактерии часто подвергаются атакам вирусов, называемых цианофагами, которые специализируются на заражении и уничтожении морских цианобактерий.

В ходе эволюции эти вирусы захватывают гены из цианобактерий, которые они ранее инфицировали, и интегрируют их в свой геном. Исследователи сосредоточились на гене под названием nblA, который активируется в цианобактериях в условиях стресса, таких как нехватка питательных веществ.

Механизм разрушения энергетических систем

В таких ситуациях ген nblA разрушает фотосинтетические системы цианобактерий, высвобождая аминокислоты, необходимые для выживания. Исследователи из Техниона впервые показали, что этот процесс даёт вирусам значительное преимущество.

В цианофагах развился уникальный механизм, при котором заражение цианобактерией запускает тот же ген в вирусе — nblA — для разрушения энергетических систем, но на этот раз в ущерб бактерии. Аминокислоты, высвобождаемые в результате этого распада, используются враждебным вирусом для быстрого размножения.

Таким образом, вирус преобразует систему цианобактерий по сбору энергии в ресурс для расширения своей популяции. Это представляет собой изощрённый эволюционный ход, в котором вирус использует механизм выживания бактерии в своих целях, эксплуатируя ресурсы хозяина и в конечном итоге уничтожая его изнутри.

Методы исследования

Результаты исследования стали возможны благодаря сотрудничеству между тремя исследовательскими группами, каждая из которых специализируется в разных областях биологии, и сочетанию передовых технологий:
* точные генетические манипуляции в цианофагах, позволяющие сравнить вирусы с геном nblA и без него;
* передовая протеомика, позволяющая наблюдать в реальном времени за всеми белками (как бактериальными, так и вирусными);
* экологическая метагеномика, обеспечивающая глобальный взгляд на распространённость этого явления в морских системах по всему миру.

Вместе эти подходы позволили получить комплексное понимание взаимодействий между вирусами и бактериями в морской среде на системном уровне.

Влияние на глобальные циклы

По словам исследователей, этот механизм снижает примерно на 5% количество фотосинтетической энергии, производимой океаническими цианобактериями — значительное снижение в глобальном масштабе, поскольку эти цианобактерии управляют ключевыми биогеохимическими циклами на Земле и ответственны за значительную долю производства кислорода и органического углерода на планете.

Такое изменение может повлиять на глобальные углеродные и кислородные циклы, а также на экологический баланс — от микроскопических организмов до глобального климата.

Предоставлено Технологическим институтом Технион — Израильским технологическим институтом.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте