Прозрачный живот крошечного зверя показал, как хлоровирусы, заражающие водоросли, цветут в пресной воде по всему миру, говорится в новом исследовании Университета Небраски в Линкольне.
Публикация в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, авторы исследования сообщили о первых доказательствах того, что потребление добычи хищником может катализировать естественный рост и падение популяций хлоровирусов. По словам авторов, результаты представляют собой потенциальный «изменитель игры» в изучении вирусологии, предполагая, что пищевые сети в экосистеме могут сильно влиять на скорость и величину репликации вируса.
Хлоровирусы размножаются, заражая зеленые водоросли, которые обычно живут внутри видов одноклеточных парамеций. Водоросли и парамеции поддерживают взаимовыгодные отношения: водоросли снабжают парамеции пищей, а парамеции обеспечивают транспортировку и защиту от хлоровирусов.
Тем временем хлоровирусы остаются рядом, прикрепляясь к поверхности парамеций и ожидая возможности заразить водоросли. Но вирусологам еще предстояло ответить на вопрос, как на самом деле хлоровирус получает доступ к своей цели, которая остается в безопасности, пока заключена в парамеции.
Ответ, по-видимому, связан с группой ракообразных миллиметровой длины, известных как копеподы. Исследователям давно известно, что прозрачные одноглазые рачки питаются парамециями. Но команда из Небраски показала, что ракообразные лишь частично переваривают парамеции, расщепляя их ровно настолько, чтобы обнажить еще живые водоросли, прежде чем выделять их в воду.
Больше не защищенные парамецием, зеленые водоросли быстро становятся жертвами хлоровируса. Таким образом, ракообразные действуют как катализатор вирусной инфекции и размножения, говорят авторы.
«Мы не знаем никого, кто когда-либо видел что-то подобное», - сказал первооткрыватель хлоровируса Джеймс Ван Эттен, почетный профессор патологии растений Университета Уильяма Аллингтона. «Насколько нам известно, это первый пример, когда хищник фактически освобождает хозяина от вируса».
Исследователи пришли к такому выводу, поместив концентрации хлоровируса и парамеций, содержащих водоросли, в образцы пресной воды. В отсутствие веслоногих ракообразных, поедающих парамеции, уровни хлоровируса практически не повышались в течение нескольких дней. Тем не менее, когда команда добавила всего одну копеподу, эти уровни увеличились почти в 100 раз всего за 24 часа. Этот всплеск приблизился к росту числа хлоровирусов, наблюдаемому, когда исследователи вместо этого взрывали парамеции звуковыми волнами, что указывает на то, что это воздействие является причиной цветения вируса.
Соавтор Дэвид Дуниган, профессор-исследователь патологии растений, сказал, что открытие иллюстрирует, как структура пищевых сетей в экосистеме может влиять на размножение вирусов.
«Это потенциально меняет правила игры в вирусологии, потому что это означает, что кишечник становится особенным местом для вирусологии», - сказал Дуниган. «Вообще вирусология преподается с точки зрения, что заражение происходит в результате случайных столкновений между клеткой-хозяином (и вирусом). Другими словами, вероятность заражения в этих условиях есть просто функция концентрации этих двух вещи.
"Что очень отличается от того, что мы видим, так это то, что оно не зависит от концентрации. Результат - генезис вируса - по существу (результат) того, насколько быстро хищник ест. Если он съест больше, вы получить больше вирусов."
Эта переменная также может помочь объяснить циклические колебания популяций хлоровирусов, которые то растут, то падают в течение года. Джон ДеЛонг, доцент кафедры биологических наук, ввел скорость кормления веслоногих рачков в математическую модель, предназначенную для прогнозирования скорости репликации вируса в естественной среде.
ДеЛонг обнаружил, что модель формирует динамику цветения и увядания, которая в целом соответствует величине и продолжительности циклов хлоровирусов, наблюдаемых в пресноводных озерах.
«Когда хищник съедает много добычи, жертва разбивается, а затем разбиваются и хищники», - сказал Делонг. «Затем, когда добыча освобождается от хищников, они снова растут, а затем возвращаются хищники. Если это правда, и скорость поиска пищи - это то, что дает нам вирусы, точка в цикле, которая имеет наибольшую скорость поиска пищи, - это когда мы должны увидеть самые большие всплески вирусов.
Таким образом, мы просто соединили производство вирусов с нормальным циклом хищник-жертва, который возник бы в этой системе, и, конечно же, это приводит к пикам вирусов. Это также довольно близко к видам наблюдений (мы видели). Как разработчик моделей, это говорит мне, что это, по крайней мере, жизнеспособное объяснение циклов вирусов в природе».
И учитывая большое количество известных симбиотических отношений между организмами-хозяевами и теми, кто живет внутри них, эта вирусная динамика вполне может проявляться в различных экосистемах по всей планете, сказал Ван Эттен.
«Мы подозреваем, что если люди будут искать, они обнаружат похожие (взаимодействия)», - сказал Ван Эттен, один из директоров Центра вирусологии в Небраске. «На самом деле, мы предположили, что коралловые рифы могут быть одной из возможностей… где может произойти что-то подобное. Безусловно, есть на что посмотреть».
Команда ранее сотрудничала с Университетом Джона Хопкинса, Медицинским центром Университета Небраски и Уэслианским университетом Небраски, чтобы показать, что хлоровирус вызывает когнитивные нарушения у мышей и может размножаться в некоторых клетках животных.