Поедание вирусов может стимулировать рост и размножение микроорганизмов

 

За один день в спокойных водах одного пруда миллион вирусных частиц может попасть в одноклеточный организм, известный своими мизерными волосками, или ресничками, которые продвигают его по этим водам.

В течение последних трех лет Джон ДеЛонг из Университета Небраски-Линкольна был занят открытием потенциального секрета, способного перевернуть прилив: эти вирусные частицы являются источником не только инфекции, но и питания.

 

ДеЛонг и его коллеги обнаружили, что вид Halteria - микроскопических ресничек, населяющих пресные воды по всему миру, - может поедать огромное количество инфекционных хлоровирусов, обитающих в их водной среде. Впервые лабораторные эксперименты команды также показали, что питание только вирусами, которое команда называет "вироурией", является достаточным для физиологического роста и даже роста популяции организма.

Известно, что хлоровирусы, ставшие определяющим открытием Джеймса Ван Эттена из Небраски, заражают микроскопические зеленые водоросли. В конце концов, вторгшиеся хлоровирусы лопают своих одноклеточных хозяев, как воздушные шары, выплескивая углерод и другие элементы, поддерживающие жизнь, в открытую воду. Этот углерод, который мог бы пойти на корм хищникам, вместо этого всасывается другими микроорганизмами - мрачная программа рециркуляции в миниатюре и, похоже, навечно.

"На самом деле это просто удерживает углерод в этом своеобразном слое микробного супа, не давая пастбищам уносить энергию вверх по пищевой цепи", - говорит ДеЛонг, доцент биологических наук в Небраске.

Но если цилиаты обедают теми же вирусами, то вировирусы могут уравновешивать переработку углерода, которую, как известно, обеспечивают вирусы". Возможно, говорит ДеЛонг, что вироурия помогает и способствует выходу углерода из низших звеньев пищевой цепи, обеспечивая ему восходящую мобильность, которую в противном случае подавляют вирусы.

"Если перемножить грубую оценку того, сколько вирусов существует, сколько цилиат существует и сколько воды существует, то получится огромное количество движения энергии (вверх по пищевой цепи)", - сказал ДеЛонг, который подсчитал, что цилиаты в небольшом водоеме могут съедать 10 триллионов вирусов в день. "Если это происходит в таких масштабах, как мы думаем, то это должно полностью изменить наш взгляд на глобальный круговорот углерода".

Делонг уже был знаком с тем, как хлоровирусы могут запутываться в пищевой сети. В 2016 году эколог сотрудничал с Ван Эттеном и вирусологом Дэвидом Даниганом, чтобы показать, что хлоровирусы получают доступ к водорослям, которые обычно заключены в род инфузорий, называемых парамециями, только тогда, когда крошечные ракообразные поедают парамеции и выделяют вновь открытые водоросли.

Это открытие поставило Делонга в "другое положение", когда дело дошло до размышлений о вирусах и их изучения. Учитывая явное изобилие вирусов и микроорганизмов в воде, он полагал, что было неизбежно, что — даже если отбросить инфекцию — первые иногда оказывались внутри вторых.

"Казалось очевидным, что все должны постоянно получать вирусы во рту", - сказал он. "Казалось, что это должно было произойти, потому что в воде этого так много".

Поэтому ДеЛонг углубился в исследовательскую литературу, намереваясь найти любые исследования о водных организмах, поедающих вирусы, и, в идеале, о том, что происходило, когда они это делали. Он вышел оттуда с очень немногим. В одном исследовании, проведенном в 1980-х годах, сообщалось, что одноклеточные протисты способны поглощать вирусы, но дальше они не углублялись. Несколько документов из Швейцарии позже показали, что протисты, по-видимому, удаляют вирусы из сточных вод.

"И это было все", - сказал ДеЛонг.

Там ничего не говорилось о потенциальных последствиях для самих микроорганизмов, не говоря уже о пищевых сетях или экосистемах, к которым они принадлежали. Это удивило Делонга, который знал, что вирусы построены не только на углероде, но и на других элементарных краеугольных камнях жизни. Они были, по крайней мере гипотетически, чем угодно, только не нездоровой пищей.

"Они состоят из действительно хороших веществ: нуклеиновых кислот, большого количества азота и фосфора", - сказал он. "Все должно хотеть их съесть.

"Так много тварей съедят все, до чего смогут дотянуться. Наверняка кто-нибудь научился бы есть это действительно хорошее сырье".

Как эколог, который проводит большую часть своего времени, используя математику для описания динамики отношений хищник-жертва, Делонг не был полностью уверен, как приступить к исследованию своей гипотезы. В конечном счете, он решил сделать все просто. Во-первых, ему понадобятся добровольцы. Он поехал к ближайшему пруду и взял пробы воды. Вернувшись в свою лабораторию, он собрал все микроорганизмы, с которыми мог справиться, независимо от вида, в капли воды. Наконец, он добавил щедрые порции хлоровируса.

Через 24 часа ДеЛонг просматривал капли в поисках признаков того, что какой—либо вид, по-видимому, наслаждался обществом хлоровируса - что даже один вид относился к вирусу не как к угрозе, а как к закуске. В Халтерии он нашел это.

"Сначала это было просто предположение, что их было больше", - сказал ДеЛонг о инфузориях. "Но тогда они были достаточно большими, чтобы я действительно мог взять немного кончиком пипетки, поместить их в чистую каплю и иметь возможность сосчитать их".

Всего за два дня количество хлоровирусов резко сократилось в 100 раз. Население Халтерии, которому нечего было есть, кроме вируса, выросло в среднем примерно в 15 раз за тот же промежуток времени. Тем временем галтерия, лишенная хлоровируса, вообще не росла.

Чтобы подтвердить, что халтерия действительно потребляла вирус, команда пометила часть ДНК хлоровируса флуоресцентным зеленым красителем, прежде чем ввести вирус инфузориям. И действительно, инфузорийный эквивалент желудка, его вакуоль, вскоре засветился зеленым.

Это было безошибочно: инфузории поедали вирус. И этот вирус поддерживал их.

"Я звонил своим соавторам: "Они выросли! Мы сделали это!" - сказал ДеЛонг о результатах, которые теперь подробно описаны в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. "Я в восторге от того, что впервые могу увидеть что-то настолько фундаментальное".

ДеЛонг еще не закончил. Его математическая сторона задавалась вопросом, может ли эта конкретная динамика хищник-жертва, какой бы странной она ни казалась, иметь общие черты с более обычными парами, которые он привык изучать.

Он начал с того, что сопоставил снижение численности хлоровируса с ростом халтерии. Делонг обнаружил, что эта взаимосвязь в целом соответствует тем, которые экологи наблюдали среди других микроскопических охотников и их жертв. Халтерия также преобразовала около 17% потребляемой массы хлоровируса в свою собственную новую массу, что соответствует процентам, наблюдаемым, когда парамеции питаются бактериями, а миллиметровые ракообразные - водорослями. Даже скорость, с которой инфузории охотились на вирус, и разница в их размерах примерно в 10 000 раз согласуются с другими исследованиями в области водных организмов.

"У меня была мотивация определить, было ли это странно или нет, и подходит ли это", - сказал ДеЛонг. "В этом нет ничего странного. Просто никто этого не заметил."

С тех пор Делонг и его коллеги выявили других инфузорий, которые, подобно халтерии, могут процветать, питаясь одними вирусами. Чем больше они раскрывают, тем более вероятным кажется, что вироворы могут встречаться в дикой природе. Это перспектива, которая наполняет голову эколога вопросами: Как это может повлиять на структуру пищевых сетей? Эволюция и разнообразие видов внутри них? Их устойчивость перед лицом вымирания?

Однако, опять же, он решил сделать все просто. Как только зима в Небраске смягчится, ДеЛонг вернется к пруду.

"Теперь, - сказал он, - мы должны пойти и выяснить, так ли это в природе".

Категория: Наука и Техника | Добавил: fantast (28.12.2022)
Просмотров: 27 | Рейтинг: 0.0/0