В океанах обитают не только крупные хищники, такие как акулы или косатки. Даже в микроскопическом мире одни одноклеточные виды поедают другие. К таким одноклеточным хищникам относятся хоанофлагелляты. Они широко распространены в океане и питаются бактериями и мелкими водорослями. Хоанофлагелляты считаются одними из ближайших живых одноклеточных родственников животных и могут переходить в многоклеточное состояние. По этой причине их часто изучают, чтобы понять, как появились такие многоклеточные организмы, как мы.
Теперь группа ученых под руководством профессора Александры З. Уорден (GEOMAR Helmholtz Center for Ocean Research Kiel, Germany/Monterey Bay Aquarium Research Institute, MBARI, USA) сделала первые выводы о взаимодействии между хоанофлагеллятами и вирусы. В результате многолетних интенсивных усилий команда смогла обнаружить геном гигантского вируса у этих одноклеточных хищников. Вирус имел размер генома и количество генов, сравнимые с небольшими бактериями. Более удивительным, чем размер генома, было множество функций, которые он кодирует и передает хозяину. Исследование только что было опубликовано в международном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Для исследования ученые неоднократно выходили в море с высокотехнологичной аппаратурой и целью посмотреть на всех хищных одноклеточных организмов в воде с помощью лазерной системы визуализации. Затем они индивидуально отделили эти клетки от других микробов в процессе, называемом сортировкой отдельных клеток.«Затем был секвенирован каждый отдельный хищник из дикой природы - и среди одноклеточных видов из одного образца Тихого океана преобладали некультивируемые виды хоанофлагеллят», - объясняет профессор Уорден..
В тех же клетках доктор Дэвид Нидхэм, научный сотрудник лаборатории Уорден и соавтор отчета, обнаружил последовательность генома вируса. Он показал, что примечательно, что вирус кодирует гены микробных белков родопсина и связанных с ними пигментов, набор генов, ранее не встречавшихся вместе у вируса. Известно, что другие типы систем родопсина отвечают за обнаружение света в глазах позвоночных и многих других животных.
В то время как команда GEOMAR/MBARI и сотрудники из США, Канады и Великобритании сосредоточились на открытиях, основанных на геноме, наряду с эволюционной биологией и распространением вируса, сотрудничающая группа, расположенная в Токийском университете, RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research и другие японские институты провели исследования, в ходе которых была создана кристаллическая структура белка и продемонстрировано, что он действует как протонный насос, управляемый светом.
«В совокупности это означает, что хозяин, который является хищным потребителем, как и многие животные, использует солнечный свет при заражении вирусом», - подчеркивает профессор Уорден. Исследователи также расширили знания о распространении этих генов в гигантских вирусах в океанах и показали, что белки родопсина, вероятно, играют много специализированных ролей в эукариотических клетках - как в фитопланктоне, так и в одноклеточных хищниках. Еще предстоит выяснить точную роль вируса в клетке-хозяине. «Это для передачи энергии? Или новая способность воспринимать свет, возможно, управляет подвижностью или другим поведением?», - резюмирует профессор Уорден как важные открытые вопросы.
Исследование группы Уордена и его сотрудников является одним из двух только что опубликованных отчетов ученых GEOMAR о роли вирусов в морских экосистемах. В другом замечательном исследовании с использованием набора инновационных методов в рамках Совместного исследовательского центра 1182 «Метаорганизмы» исследовательская группа профессора Уте Хентшель Хумейда опубликовала результаты, показывающие сложную взаимосвязь между бактериями, вирусами, заражающими бактерии (бактериофагами), и морскими губками. Они обнаружили, что даже соседние губчатые животные, хотя и массово фильтруют одну и ту же морскую воду для улавливания частиц пищи, содержат индивидуально уникальные и видоспецифичные вирусные сообщества. «Каждая особь губки имеет свой собственный уникальный виром, отличный от вирома соседних губок», - говорит первый автор Мартин Т. Ян. Одна многочисленная группа бактериофагов в губках наделяет симбиотические бактерии белками, позволяющими бактериям избегать иммунных ответов губки-хозяина. Было обнаружено, что эти конкретные бактериофаги широко распространены в различных средах, связанных с хозяином, включая человека.
Вместе эти два исследования показывают, что мы только начали понимать роль вирусов в морских экосистемах, а также для жизни на Земле в целом. Исследования разнообразия морских вирусов и его функционального значения для экосистемных процессов очень важны. в самом начале», - резюмирует профессор Хентшель Хумейда из GEOMAR. «Сила этих двух исследований, - подчеркивает проф. Уорден «заключается в том, что они выявили основные новые особенности взаимодействия хозяина и вируса в дикой природе, привнеся в поле самые современные технологии и методологии для изучения некультивируемых, но широко распространенных морских организмов. Это открывает новые возможности для понимания морских сообществ, как они взаимодействуют и как они регулируются - факторы, которые имеют первостепенное значение, поскольку мы пытаемся понять, как сообщества изменятся в будущем».