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病毒作为海洋生态系统相互作用的调节剂

海洋不仅容纳大型捕食者,例如鲨鱼或逆戟鲸。即使在微观领域,一些单细胞物种也会消耗掉其他物种。鞭毛虫属于这些单细胞捕食者。它们广泛分布在海洋中,以细菌和小藻类为食。鞭毛鞭毛虫被认为是动物中最接近的活单细胞近亲,可以转变为多细胞状态。因此,经常对它们进行研究以了解像我们这样的多细胞生物是如何形成的。

现在,由Alexandra Z. Worden教授(德国基尔市GEOMAR亥姆霍兹海洋研究中心/美国MBARI的蒙特雷湾水族馆研究所)带领的一组科学家,对鞭毛鞭毛虫与病毒之间的相互作用提供了第一见解。经过多年的努力,该团队能够在这些单细胞捕食者中检测到巨型病毒的基因组。该病毒的基因组大小和基因数量与小型细菌相当。比基因组大小更令人惊讶的是它编码并带给宿主的许多功能。这项研究刚刚发表在“国家科学院学报”国际杂志上。

为了进行这项研究,科学家们反复使用高科技仪器出海,其目标是使用基于激光的可视化系统观察水中的所有捕食性单细胞生物。然后,他们在称为单细胞分选的过程中将这些细胞与其他微生物分开。Worden教授解释说:“然后,对野生的每个捕食者进行了测序-来自一个太平洋样本的单细胞种类主要由未养殖的鞭毛藻物种控制。”

Worden Lab的博士后研究员,该报告的第一作者David Needham博士在同一细胞中发现了病毒的基因组序列。他表明,该病毒显着编码微生物视紫红质蛋白和相关色素的基因,这是以前在病毒中不曾见过的一组基因。已知其他类型的视紫红质系统负责检测脊椎动物和许多其他动物的眼睛中的光。

来自美国,加拿大和英国的GEOMAR / MBARI团队和合作者专注于基于基因组的发现以及病毒的进化生物学和分布,而东京大学,理研大学生物系统动力学研究中心和其他合作团队日本机构领导的研究产生了蛋白质的晶体结构,并证明了它起着光驱动质子泵的作用。

Worden教授强调说:“总的来说,这意味着宿主就像许多动物一样是掠食性动物,在被病毒感染时会利用阳光。”研究人员还拓宽了对这些基因在海洋巨型病毒中的分布的认识,并表明视紫红质蛋白可能在真核细胞中具有许多特殊作用,包括浮游植物和单细胞捕食者。尚待阐明的是病毒在宿主细胞中的确切作用。“它是用于能量传递吗?还是一种新的光感应功能,可能会推动运动或其他行为?”Worden教授强调这些是重要的开放性问题。

Worden团队和合作者的这项研究是GEOMAR科学家刚刚发表的关于病毒在海洋生态系统中的作用的两份报告之一。在采用一系列创新的方法在合作研究中心1182的框架另一个显着的研究“Metaorganisms,”汉努瑶乌特教授Humeida的研究小组公布的结果显示细菌,病毒感染细菌(噬菌体)之间的复杂关系,和海绵。他们发现,即使是相邻的海绵动物,尽管可以大量过滤相同的海水以捕获食物颗粒,但它们还是各自独特的,特定物种的病毒群落。第一作者马丁·贾恩(Martin T. Jahn)说:“每个海绵个体都有自己独特的病毒,与邻近的海绵不同。”海绵中一组丰富的噬菌体赋予共生细菌以蛋白质,使细菌能够逃脱宿主海绵的免疫反应。发现这些特定的噬菌体广泛存在于与宿主相关的各种环境中,包括人类环境。

“这两项研究共同表明,我们才刚刚开始理解病毒在海洋生态系统中的作用,而且对于一般的地球生命也是如此。关于海洋病毒多样性及其在生态系统过程中的功能意义的研究才刚刚开始, “ GEOMAR的Hentschel Humeida教授表示。Worden教授强调:“这两项研究的强大之处在于,它们阐明了宿主病毒在野外相互作用的主要新特征,将最先进的技术和方法带入了该领域,以研究未经养殖但广泛使用的海洋生物。这为了解海洋社区,它们如何相互作用以及如何受到监管打开了新的大门。在我们试图了解未来社区的变化时,这些因素至关重要。”

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