Wie Viren Mikrobeninteraktionen beeinflussen

Durch die Untersuchung der kleinsten virusinfizierten Mikroben im Ozean gewinnen Forscher neue Erkenntnisse über das marine Nahrungsnetz, die dazu beitragen können, zukünftige Vorhersagen zum Klimawandel zu verbessern. Die neue Studie, die von Sheri Floge, Assistenzprofessorin für Biologie in Wake Forest, mitverfasst wurde, bringt Virusökologen, Chemiker und Physiker zusammen, um mehr über Meeresmikroben und was passiert, wenn Viren sie infizieren.

An Land wird die Photosynthese von Pflanzen durchgeführt, und die Auswirkungen des Prozesses sind daran zu erkennen, dass sich im Herbst die Blätter verfärben und im Frühling neue grüne Blätter entstehen. Aber im Ozean ist der Prozess für Wissenschaftler viel schwieriger zu messen. Der Großteil der Photosynthese wird von kleinsten Mikroben, insbesondere Phytoplankton, durchgeführt. Diese einzelligen Organismen sind auch die Grundlage des marinen Nahrungsnetzes. Eine der am häufigsten vorkommenden Arten von Phytoplankton sind marine Picocyanobakterien wie Synechococcus.

„Synechococcus sind weltweit sehr große Akteure im Ozean“, sagte Sheri Floge, Assistenzprofessorin für Biologie im Wake Forest. „Zusammen mit anderen Picocyanobakterien sind sie für etwa ein Viertel der Photosynthese der Ozeane verantwortlich und wichtig für den Kohlenstoff- und Nährstoffkreislauf. Daher ist es wichtig, dass wir ihre Auswirkungen und ihre Funktionsweise verstehen, insbesondere im Zusammenhang mit dem Klimawandel.“

Diese Mikroorganismen sind anfällig für Virusinfektionen und verändern dadurch ihre Zusammensetzung. Bisher wussten Wissenschaftler nicht viel darüber, was passierte, als sie sich zum ersten Mal infizierten. Floge war Co-Autor eines neuen Studie In Naturmikrobiologie Das erfordert einen tieferen Einblick, um diesen Prozess zu entmystifizieren.

„In der Vergangenheit haben sich Wissenschaftler auf Viren im Ozean wegen ihrer Rolle bei der Lyse (Aufbrechen) von Zellen konzentriert. Unsere Arbeit zeigt, dass sich intakte virusinfizierte Zellen biochemisch und physiologisch von nicht infizierten Zellen unterscheiden und dass andere Organismen anders auf sie reagieren“, sagte er Floge.

„Es gibt nicht viel Forschung, die sich auf das frühe Infektionsstadium konzentriert. Indem wir die infizierten Zellen untersuchen, bevor sie lysieren, können wir mehr über ihre ökologische Rolle in Ozeangemeinschaften erfahren. Und diese zusätzlichen Daten sind wichtig, weil sie uns mehr verschaffen.“ ein vollständiges Bild dessen, was in Meeresökosystemen passiert, und langfristig, wenn es im Ozean von Cyanobakterien dominierte Systeme gibt.“

Zusammenarbeit und Innovation

Floge arbeitete für die Forschungsstudie mit Wissenschaftlern anderer Institutionen zusammen, darunter der Tufts University und dem Lawrence Berkeley National Laboratory.

„Wenn diese infizierten Zellen sterben, geben sie eine große Menge Nahrung frei, von der sich alles andere ernährt“, sagte Richard J. Henshaw, Hauptautor der Studie und Postdoktorand an der Tufts University. „Aber wir haben herausgefunden, dass sie schon früh auch diese starken chemischen Signale freisetzen. Andere Organismen können sie spüren und sie können auf die infizierten Zellen zuschwimmen, daher ist der frühe Infektionsprozess genauso, wenn nicht sogar noch wichtiger, zu marinen Ökosystemen als Lyse.“

Um ein klareres Bild davon zu erhalten, wie diese mikroskaligen Wechselwirkungen in Zellen funktionieren, haben Wissenschaftler die Forschungstechniken an neue Grenzen gebracht. Das Papier verwendet neuartige Techniken (eine neu entwickelte). Multiplex-Chemotaxis-Gerät) mit streng kontrollierten Virusinfektionsexperimenten, um die ökologische Rolle von Viren und virusinfizierten Mikroben in Ozeansystemen besser zu verstehen.

Das neue Tool wurde von Michael Stehnach, einem Ph.D., entwickelt. Damals Student an der Tufts University und jetzt Postdoc an der Brandeis University.

„Dieses innovative Gerät wird es Wissenschaftlern aus verschiedenen Bereichen ermöglichen, schnell zu quantifizieren, wie Mikroben auf chemische Gradienten unterschiedlicher Stärke reagieren“, fügte Henshaw hinzu. „So könnte es in der Industrie und in der Pharmaindustrie beispielsweise für die Erforschung von Arzneimitteldosen oder Antibiotikaresistenzen eingesetzt werden. In diesem Artikel über Phytoplankton und Bakterien haben wir gezeigt, dass die Verwendung dieses Geräts effizienter ist und unzählige Forschungsstunden einsparen kann.“

Simulation der Meeresumgebung

Studierende und Doktoranden von Wake Forest waren am Forschungsprozess beteiligt. Experimente zu Virusinfektionen werden in Planktonkulturen durchgeführt, die im begehbaren Wachstumsraumlabor der Wake Forest University gehalten werden.

„Der begehbare Wachstumsraum ist eine streng kontrollierte Umgebung mit Beleuchtung, die so programmiert werden kann, dass sie natürliche Lichtbedingungen simuliert“, sagte Floge. „Wir führen sowohl große als auch kleine Virusinfektionsexperimente in einer Reihe von Phytoplanktonarten durch, die in künstlichem Meerwasser gezüchtet werden, um die Auswirkungen von Viren auf den Planktonstoffwechsel und die Wechselwirkungen aufzuklären.“

Floge sagte, die neueste Arbeit baue auf ihrer früheren Forschung über Meeresviren auf. Sie sagte, was sie an dieser neuen Studie am meisten begeistert, ist, dass sie ein neues Fenster für weitere Forschung öffnet.

„Wenn wir versuchen, Vorhersagemodelle darüber zu erstellen, was in Zukunft mit dem Klimawandel passieren wird, ist ein großer Teil unserer Unsicherheit auf mikrobielle Wechselwirkungen zurückzuführen, da diese bisher eher eine Black Box waren. Diese neue Studie hilft uns, die Box zu öffnen und.“ Sammeln Sie wichtige Daten, die unser Verständnis einiger Rollen von Viren im Ozean verändern.