Ученые открыли «Вироворы» — поедание вирусов может стимулировать рост микроорганизмов
Проект Агуа

Инфузория или микроорганизм, управляемый ресничками, принадлежащий к роду Halteria. Новое исследование под руководством Джона ДеЛонга из Небраски показало, что инфузории могут питаться обитающими в воде вирусами и даже расти на диете, состоящей только из вирусов. Предоставлено: Proyecto Agua через flickr (CC BY-NC-SA 2.0)

Сначала изучите, чтобы исследовать и продемонстрировать эффекты «вировори».

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

В течение последних трех лет Джон Делонг из Университета Небраски в Линкольне был занят раскрытием потенциально решающей тайны: эти вирусные частицы являются источником не только инфекции, но и питания.

Сделав поворот, достойный Pac-Man, Делонг и его коллеги обнаружили, что вид Halteria — микроскопических инфузорий, населяющих пресные воды по всему миру — может поедать огромное количество инфекционных хлоровирусов, обитающих в их водной среде обитания. Впервые лабораторные эксперименты группы также показали, что диеты, содержащей только вирусы, которую команда называет «вировори», достаточно для обеспечения физиологического роста и даже роста популяции организма.

Известно, что хлоровирусы, открытие Джеймса Ван Эттена из Небраски, определяющее его карьеру, заражают микроскопические зеленые водоросли. В конце концов, вторгшиеся хлоровирусы разорвали своих одноклеточных носителей, как воздушные шары, выплеснув углерод и другие элементы, поддерживающие жизнь, в открытую воду. Этот углерод, который мог достаться хищникам крошечных существ, вместо этого высасывается другими микроорганизмами — мрачная программа утилизации в миниатюре и, по-видимому, навечно.

Частицы хлоровируса, заражающие микроскопические зеленые водоросли

Частицы хлоровируса заражают микроскопические зеленые водоросли. Предоставлено: Кит Ли и Энджи Фокс.

«На самом деле это просто удерживает углерод в этом своего рода слое микробного супа, не позволяя травоядным поглощать энергию вверх по пищевой цепочке», — сказал Делонг, доцент биологических наук в Небраске.

Но если у инфузорий те же самые вирусы на обед, то вирусы могут уравновешивать переработку углерода, которую вирусы, как известно, увековечивают. Вполне возможно, сказал Делонг, что вирусы помогают и способствуют побегу углерода из отбросов пищевой цепи, предоставляя ему восходящую мобильность, которую вирусы в противном случае подавляют.

«Если вы умножите грубую оценку того, сколько существует вирусов, сколько существует инфузорий и сколько воды, вы получите огромное количество энергии, перемещаемой (вверх по пищевой цепочке)», — сказал Делонг, который оценил это. инфузории в небольшом пруду могут съесть 10 триллионов вирусов в день. «Если это происходит в масштабах, которые, как мы думаем, могут быть, это должно полностью изменить наш взгляд на глобальный круговорот углерода».

«Никто этого не заметил»

Делонг уже был знаком со способами, которыми хлоровирусы могут запутаться в пищевой сети. В 2016 году эколог в партнерстве с Ван Эттеном и вирусологом Дэвидом Дуниганом показал, что хлоровирусы получают доступ к водорослям, которые обычно заключены в роде инфузорий под названием парамеции , только когда крошечные ракообразные поедают парамеции и выделяют недавно открытые водоросли.

Это открытие поставило Делонга в «другое пространство», когда дело дошло до размышлений о вирусах и их изучения. Учитывая изобилие вирусов и микроорганизмов в воде, он считал неизбежным, что даже если исключить инфекцию, первые иногда попадали внутрь вторых.

«Казалось очевидным, что все должны постоянно получать вирусы в рот», — сказал он. «Казалось, что это должно было произойти, потому что в воде так много всего».

Поэтому Делонг погрузился в исследовательскую литературу, намереваясь всплыть на поверхность с любыми исследованиями водных организмов, поедающих вирусы, и, в идеале, того, что происходило, когда они это делали. Он вышел с драгоценным немногим. В одном исследовании, проведенном в 1980-х годах, сообщалось, что одноклеточные протисты способны потреблять вирусы, но дальше этого не пошло. Несколько статей из Швейцарии позже показали, что протисты, похоже, удаляли 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 краеугольных камнях жизни. Они были, по крайней мере гипотетически, чем угодно, только не нездоровой пищей.

«Они состоят из действительно хороших материалов: 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 хищник-жертва, Делонг не был полностью уверен, как исследовать свою гипотезу. В конце концов, он решил не усложнять. 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 искал в каплях признак того, что какой-либо вид наслаждается обществом хлоровируса — что даже один вид относится к вирусу не как к угрозе, а как к закуске. В Халтерии он нашел его.

«Сначала было просто предположение, что их больше», — сказал Делонг о инфузориях. «Но тогда они были достаточно большими, чтобы я мог взять их кончиком пипетки, положить в чистую каплю и сосчитать».

Всего за два дня количество хлоровирусов резко сократилось в 100 раз. Население Halteria , которому нечего было есть, кроме вируса, росло в среднем примерно в 15 раз за тот же период времени. Галтерия , лишенная хлоровируса, тем временем вообще не росла.

Чтобы подтвердить, что Halteria действительно потребляла вирус, команда пометила часть ДНК хлоровируса флуоресцентным зеленым красителем перед тем, как ввести вирус инфузориям. Действительно, реснитчатый эквивалент желудка, его вакуоль, вскоре стал светиться зеленым.

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

«Я звонил своим соавторам: «Они выросли! Мы сделали это!», — сказал Делонг об открытии, подробно изложенном в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences . «Я очень рад, что могу впервые увидеть что-то настолько фундаментальное».

Делонг не закончил. Его математическая сторона задавалась вопросом, может ли эта конкретная динамика «хищник-жертва», какой бы странной она ни казалась, иметь что-то общее с более простыми парами, которые он привык изучать.

Он начал с того, что наметил снижение количества хлоровируса на фоне роста галтерии . Эта взаимосвязь, как обнаружил Делонг, в целом согласуется с теми, которые экологи наблюдали среди других микроскопических охотников и тех, на кого они охотились. Halteria также преобразовала около 17% потребленной массы хлоровируса в новую собственную массу, что соответствует процентам, наблюдаемым, когда Paramecia поедает бактерии, а ракообразные миллиметровой длины поедают водоросли. Даже скорость, с которой инфузории охотятся на вирус, и примерно 10 000-кратное различие в их размерах совпадают с другими исследованиями водных случаев.

«Я был мотивирован, чтобы определить, было ли это странным и подходило ли это», — сказал Делонг. «Это не странно. Просто никто этого не заметил».

С тех пор Делонг и его коллеги выявили других инфузорий, которые, как и Halteria , могут процветать, питаясь только вирусами. Чем больше они обнаруживают, 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?

Опять же, однако, он решил сохранить это простым. Как только зима в Небраске утихнет, Делонг вернется к пруду.

«Теперь, — сказал он, — мы должны выяснить, так ли это в природе».

Ссылка: «Потребление вирусов возвращает энергию в пищевые цепи» Джона П. Делонга, Джеймса Л. Ван Эттена, Зейны Аль-Амели, Ирины В. Агарковой и Дэвида Д. Дунигана, 27 декабря 2022 г., Труды Национальной академии наук .
DOI: 10.1073/pnas.2215000120

микробиология
Дата публикации: 2023.01.22