Auf dem grönländischen Eisschild entdeckte Riesenviren könnten die Eisschmelze verlangsamen

Jedes Frühjahr, wenn nach Monaten der Dunkelheit die Sonne in der Arktis aufgeht, kehrt das Leben zurück. Die Eisbären tauchen aus ihren Winterquartieren auf, die Küstenseeschwalbe kommt von ihrer langen Reise in den Süden zurück und die Moschusochsen waten nach Norden.

Doch die Tiere sind nicht die einzigen Lebewesen, die durch die Frühlingssonne zu neuem Leben erweckt werden. Auch auf dem Eis ruhende Algen beginnen im Frühling zu blühen und färben große Eisflächen schwarz.

Wenn das Eis schwarz wird, verringert sich seine Fähigkeit, das Sonnenlicht zu reflektieren, und dies beschleunigt das Schmelzen des Eises. Ein verstärktes Schmelzen verschärft die globale Erwärmung.

Doch Forscher haben möglicherweise einen Weg gefunden, das Wachstum der Schneealgen zu kontrollieren – und damit auf lange Sicht vielleicht das Schmelzen des Eises zu verhindern. Die Postdoktorandin Laura Perini vom Institut für Umweltwissenschaften der Universität Aarhus und ihre Kollegen haben auf dem Eis neben den Algen riesige Viren gefunden. Ihre Ergebnisse sind veröffentlicht im Journal Mikrobiom.

Sie vermutet, dass sich die Viren von den Schneealgen ernähren und als natürlicher Kontrollmechanismus auf die Algenblüten wirken könnten.

„Wir wissen nicht viel über die Viren, aber ich denke, sie könnten nützlich sein, um das durch Algenblüten verursachte Schmelzen des Eises zu verlangsamen. Wie spezifisch sie sind und wie effizient sie wären, wissen wir noch nicht. Aber durch weitere Untersuchungen hoffen wir, einige dieser Fragen beantworten zu können“, sagt sie.

Größer als Bakterien

Viren sind normalerweise viel kleiner als Bakterien. Normale Viren sind 20-200 Nanometer groß, während ein typisches Bakterium 2-3 Mikrometer groß ist. Mit anderen Worten: Ein normales Virus ist etwa 1.000 Mal kleiner als ein Bakterium.

Bei Riesenviren ist das allerdings nicht der Fall. Riesenviren werden bis zu 2,5 Mikrometer groß. Das ist größer als die meisten Bakterien.

Doch die Riesenviren sind nicht nur größer. Ihr Genom ist auch viel größer als das von normalen Viren. Bakteriophagen – virusinfizierende Bakterien – haben zwischen 100.000 und 200.000 Buchstaben in ihrem Genom. Riesenviren haben etwa 2.500.000.

Noch nie zuvor auf dem Eis gefunden

Riesenviren waren erstmals 1981 entdecktals Forscher sie im Ozean fanden. Diese Viren waren darauf spezialisiert, Grünalgen im Meer zu infizieren. Später wurden Riesenviren im Boden an Land und sogar im Menschen gefunden.

Es sei jedoch das erste Mal, dass Riesenviren entdeckt worden seien, die auf von Mikroalgen dominierten Eis- und Schneeoberflächen leben, erklärt Perini.

„Wir haben Proben von dunklem Eis, rotem Schnee und Schmelzlöchern (Kryokonit) analysiert. Sowohl im dunklen Eis als auch im roten Schnee haben wir Spuren aktiver Riesenviren gefunden. Und das ist das erste Mal, dass sie auf Oberflächeneis und -schnee gefunden wurden, die eine große Menge pigmentierter Mikroalgen enthalten“, sagt sie.

Noch vor wenigen Jahren galt dieser Teil der Erde als öde und leblos. Doch heute weiß man, dass dort zahlreiche Mikroorganismen leben – darunter auch Riesenviren.

„Um die Algen herum gibt es ein ganzes Ökosystem. Neben Bakterien, Fadenpilzen und Hefen gibt es Protisten, die die Algen fressen, verschiedene Pilzarten, die sie parasitieren, und die Riesenviren, die wir gefunden haben, die sie infizieren. Um die biologischen Kontrollen zu verstehen, die auf die Algenblüten einwirken, müssen wir diese letzten drei Gruppen untersuchen“, fährt Perini fort.

Obwohl die Viren riesig sind, kann man sie mit bloßem Auge nicht erkennen. Perini hat sie noch nicht einmal unter einem Lichtmikroskop gesehen. Aber sie hofft, dies in Zukunft tun zu können.

„Wir haben die Viren entdeckt, indem wir die gesamte DNA in den von uns entnommenen Proben analysiert haben. Indem wir diesen riesigen Datensatz nach bestimmten Markergenen durchsuchten, fanden wir Sequenzen, die eine große Ähnlichkeit mit bekannten Riesenviren aufweisen“, erklärt sie.

Um sicherzustellen, dass die Virus-DNA nicht von längst abgestorbenen Mikroorganismen, sondern von lebenden und aktiven Viren stammte, extrahierte das Team auch die gesamte mRNA aus der Probe.

Wenn die DNA-Sequenzen, die Gene bilden, aktiviert werden, werden sie in einzelsträngige Stücke, sogenannte mRNA, transkribiert. Diese Stücke dienen als Bauplan für die Proteine, die das Virus braucht. Wenn sie vorhanden sind, ist das Virus lebendig.

„In der aus den Proben sequenzierten Gesamt-mRNA fanden wir die gleichen Markierungen wie in der Gesamt-DNA, also wissen wir, dass sie transkribiert wurden. Das bedeutet, dass die Viren auf dem Eis leben und aktiv sind“, sagt Perini.

DNA und RNA in Viren

Im Zentrum der Riesenviren befindet sich ein DNA-Cluster. Diese DNA enthält alle genetischen Informationen oder Rezepte, die zur Herstellung von Proteinen erforderlich sind – den chemischen Verbindungen, die im Virus die meiste Arbeit leisten.

Aber um diese Rezepte nutzen zu können, muss das Virus sie von doppelsträngiger DNA in einzelsträngige mRNA transkribieren.

Normale Viren können das nicht. Stattdessen schwimmen in ihrer Zelle RNA-Stränge umher, die nur darauf warten, aktiviert zu werden, wenn das Virus einen Organismus infiziert und dessen zelluläre Produktionsanlagen kapert.

Riesenviren können dies selbst tun, was sie deutlich von normalen Viren unterscheidet.

Während sich in Proben DNA von toten Viren findet, wird mRNA viel schneller abgebaut. mRNA ist daher ein wichtiger Marker für die Aktivität von Viren. Anders ausgedrückt: mRNA-Rezepte bestimmter Proteine ​​zeigen, dass die Viren gesund und munter sind.

Ich bin mir nicht sicher, wie sie genau funktionieren

Da Riesenviren eine relativ neue Entdeckung sind, weiß man noch nicht viel über sie. Im Gegensatz zu den meisten anderen Viren verfügen sie über viele aktive Gene, die es ihnen ermöglichen, DNA zu reparieren, zu replizieren und zu transkribieren.

Aber warum das so ist und wofür sie es genau verwenden, ist nicht bekannt.

„Welche Wirte die Riesenviren infizieren, können wir nicht genau sagen. Einige von ihnen infizieren möglicherweise Protisten, während andere die Schneealgen angreifen. Wir können es einfach noch nicht mit Sicherheit sagen“, sagt Perini.

Sie arbeitet hart daran, mehr über die Riesenviren herauszufinden und wird in Kürze weitere Forschungsergebnisse veröffentlichen.

„Wir untersuchen die Riesenviren weiter, um mehr über ihre Wechselwirkungen und ihre genaue Rolle im Ökosystem zu erfahren. Später in diesem Jahr werden wir eine weitere wissenschaftliche Studie mit weiteren Informationen über Riesenviren veröffentlichen, die eine kultivierte Mikroalge infizieren, die auf dem Oberflächeneis des grönländischen Eisschildes gedeiht“, schließt sie.