Общепринятое мнение гласит, что в динамике популяции вирусов и бактерий вирусы часто убивают бактериальные клетки своего хозяина - процесс, называемый лизисом, - особенно при большой концентрации бактерий. Другая динамика, называемая лизогенией, при которой вирусы бездействуют в своих клетках-хозяевах, но не убивают их, считается относительно редким явлением, в основном возникающим при низких концентрациях бактерий.
Но новое исследование, проведенное учеными из Института вирусной информации Университета штата Сан-Диего, предполагает, что общепринятое мнение ошибочно: лизогения может быть гораздо более распространенной, чем считалось ранее, и даже может стать более распространенной, когда носители плотно упакованы в экосистеме., что часто происходит, когда окружающая среда подвергается стрессу. Эти результаты могут привести к лучшему пониманию деградировавших экосистем коралловых рифов и способов их сохранения.
Цветение водорослей, грибковые поражения и бактериальные инфекции - это лишь некоторые из способов, с помощью которых микробы могут быстро увеличить свою плотность в экосистеме. Как вирусы реагируют на такие события, представляет большой интерес для экологов. Традиционно большинство исследователей полагали, что когда популяции микробов быстро растут, населяющие их вирусы начинают размножаться внутри них - литическая фаза - увеличивая свою численность, но убивая своих носителей.
«Это предполагает, что лизогения обеспечивает временное убежище для вирусов, когда хозяева голодают и их мало», - написали авторы недавней статьи в исследовании.
Предыдущее исследование Бена Ноулза, научного сотрудника с докторской степенью в Университете Рутгерса и бывшего аспиранта лаборатории вирусолога SDSU Фореста Рохвера, перевернуло общепринятые теории вирусной динамики с открытием вирусов, которые оставались лизогенными даже после того, как их клетки-хозяева стали все более и более плотно концентрируются в пределах своей экосистемы. Институт вирусной информации SDSU, одна из самопровозглашенных областей передового опыта университета, является одним из мировых лидеров в исследовании вирусов, которые размножаются внутри бактерий, также известных как бактериофаги..
«Эти более ранние результаты коренным образом изменили динамику взаимодействия вируса и хозяина», - сказал Ноулз.
Надеясь узнать больше о том, как вирусы ведут себя по мере увеличения и уменьшения числа их носителей, Ноулз и его коллеги провели метаанализ 39 публикаций, в которых отслеживалась эта закономерность, и обнаружили нечто удивительное: не было вообще никакой корреляции между плотностью клеток-хозяев и были ли их вирусы литическими или лизогенными, сообщили исследователи в журнале Nature Microbiology.
Ноулз сказал, что эти результаты должны побудить микробиологов перекалибровать популяционные модели, которые включают взаимодействие вирусов и бактерий, такие как те, которые обычно используются для прогнозирования того, как чувствительные экосистемы, такие как коралловые рифы, могут реагировать на микробный рост, такой как цветение водорослей и бактериальное вторжение..
К сожалению, включение лизогении в эти модели затруднено. По словам Ноулза, если вирусы не убивают хосты предсказуемым образом, динамика быстро становится хаотичной и ее трудно измерить. Дальнейшие исследования могут точно показать, почему вирусы превращаются из спящих халявщиков в реплицирующихся киллеров, но для этого, скорее всего, потребуется геномный анализ отдельных клеток - процесс, который в настоящее время непомерно дорог для крупномасштабных проектов.
До тех пор результаты исследования подчеркивают, как мало мы знаем о вирусах и о том, как они вписываются в свои экологические ниши, сказал Ноулз.
«Мы долго думали о вирусах как об убийцах, потому что это то, что соответствует моделям», - сказал он. «Но то, как вирусы взаимодействуют со своими носителями, гораздо сложнее».