Uralte Viren in der DNA von Korallensymbionten entdeckt

Ein internationales Team von Meeresbiologen hat die Überreste alter RNA-Viren entdeckt, die in der DNA symbiotischer Organismen eingebettet sind, die in riffbildenden Korallen leben.

Die RNA-Fragmente stammen von Viren, die die Symbionten bereits vor 160 Millionen Jahren infizierten. Die Entdeckung wird in einer Open-Access-Studie beschrieben, die diese Woche in veröffentlicht wurde Kommunikationsbiologie, und es könnte Wissenschaftlern helfen zu verstehen, wie Korallen und ihre Partner heute Virusinfektionen bekämpfen. Es war jedoch ein überraschender Befund, da die meisten RNA-Viren nicht dafür bekannt sind, sich in die DNA der von ihnen infizierten Organismen einzubetten.

Die Forschung zeigte, dass endogene virale Elemente (EVEs) in den Genomen von Korallensymbionten weit verbreitet sind. Die als Dinoflagellaten bekannten einzelligen Algen leben im Inneren von Korallen und verleihen ihnen ihre dramatischen Farben. Die EVE-Entdeckung unterstreicht aktuelle Beobachtungen, dass andere Viren als Retroviren Fragmente ihres genetischen Codes in das Genom ihrer Wirte integrieren können.

„Warum ist es also da reingekommen?“ fragte Studienkoautorin Adrienne Correa von der Rice University. „Es könnte sich einfach um einen Unfall handeln, aber die Menschen beginnen zu entdecken, dass diese ‚Unfälle‘ häufiger vorkommen, als Wissenschaftler bisher angenommen hatten, und dass sie bei allen Arten von Wirten gefunden wurden, von Fledermäusen über Ameisen, Pflanzen bis hin zu Algen.“

Dass in Korallensymbionten überhaupt ein RNA-Virus vorkommt, war ebenfalls eine Überraschung.

„Das hat dieses Projekt für mich so interessant gemacht“, sagte der Hauptautor der Studie, Alex Veglia, ein Doktorand in Correas Forschungsgruppe. „Nach allem, was wir wissen, gibt es wirklich keinen Grund dafür, dass sich dieses Virus im Genom der Symbionten befindet.“

Die Studie wurde von Correa, Veglia und zwei Wissenschaftlern der Oregon State University, der Postdoktorandin Kalia Bistolas und der Meeresökologin Rebecca Vega Thurber, geleitet. Die Forschung liefert Hinweise, die Wissenschaftlern helfen können, die ökologischen und wirtschaftlichen Auswirkungen von Viren auf die Riffgesundheit besser zu verstehen.

Die Forscher fanden keine EVEs von RNA-Viren in Proben gefilterten Meerwassers oder im Genom von Dinoflagellaten-freien Steinkorallen, Hydrokorallen oder Quallen. Aber EVEs waren in Korallensymbionten weit verbreitet, die an Dutzenden von Korallenriffstandorten gesammelt wurden, was bedeutet, dass die pathogenen Viren hinsichtlich ihrer Zielwirte wählerisch waren – und wahrscheinlich auch weiterhin sind.

„Es gibt eine große Vielfalt an Viren auf dem Planeten“, sagte Correa, Assistenzprofessor für Biowissenschaften. „Über einige wissen wir viel, aber die meisten Viren wurden noch nicht charakterisiert. Wir könnten sie vielleicht entdecken, aber wir wissen nicht, wer als ihr Wirt fungiert.“

Sie sagte, Viren, einschließlich Retroviren, hätten viele Möglichkeiten, sich zu vermehren, indem sie Wirte infizieren. „Ein Grund, warum unsere Studie cool ist, ist, dass dieses RNA-Virus kein Retrovirus ist“, sagte Correa. „Angesichts dessen würde man nicht erwarten, dass es sich in die Wirts-DNA integriert.

„Seit einigen Jahren haben wir eine Menge Viren in Korallenkolonien gesehen, aber es war schwer, mit Sicherheit zu sagen, was sie infizierten“, sagte Correa. „Das sind also wahrscheinlich die besten und konkretesten Informationen, die wir über den tatsächlichen Wirt eines Korallenkolonie-assoziierten Virus haben. Jetzt können wir uns fragen, warum der Symbiont diese DNA oder einen Teil des Genoms behält. Warum ist sie nicht verloren gegangen?“ vor langer Zeit?“

Die Entdeckung, dass die EVEs seit Millionen von Jahren konserviert sind, lässt darauf schließen, dass sie für die Korallensymbionten irgendwie von Vorteil sein könnten und dass es einen Mechanismus gibt, der die genomische Integration der EVEs vorantreibt.

„Als nächstes können wir viele Wege verfolgen, etwa ob diese Elemente für antivirale Mechanismen in Dinoflagellaten verwendet werden und wie sie sich wahrscheinlich auf die Gesundheit der Riffe auswirken, insbesondere wenn sich die Ozeane erwärmen“, sagte Veglia.

„Wenn wir es mit einem Anstieg der Meerwassertemperatur zu tun haben, ist es dann wahrscheinlicher, dass Symbiodiniaceae-Arten dieses endogene virale Element enthalten? Verbessert das Vorhandensein von EVEs in ihren Genomen ihre Chancen, Infektionen durch moderne RNA-Viren abzuwehren?“ er sagte.

„In ein weiteres PapierWir haben gezeigt, dass es zu einem Anstieg der RNA-Virusinfektionen kam, wenn Korallen thermischem Stress ausgesetzt waren. Es gibt also viele bewegliche Teile. Und das ist ein weiteres gutes Teil dieses Puzzles.

Correa sagte: „Wir können nicht davon ausgehen, dass dieses Virus einen negativen Effekt hat. Aber gleichzeitig sieht es so aus, als würde es unter diesen Temperaturstressbedingungen produktiver werden.“