Jak viry ovládají sladké vody
Mikrosvět sladkovodních jezer a nádrží stále patří mezi velmi málo probádané oblasti. Minimum informací dosud máme i o těch nejpočetnějších zástupcích sladkých vod - o virech. Studium sladkovodních virů je totiž obtížné zejména proto, že ani neznáme všechny jejich hostitele. Posun ve výzkumu v posledních letech přinesla až nová genetická metoda, která umožňuje najednou analyzovat genom celého mikrobiálního společenstva (tzv. metagenom), umožňuje tedy naráz rozkrýt genetickou informaci všeho živého, co se na daném místě vyskytuje.
Pomocí této metody se výzkumný tým z oddělení Mikrobiální ekologie vody Hydrobiologického ústavu BC AV ČR zaměřil na výzkum sladkovodních virů, napadajících bakterie (tzv. bakteriofágů). Cílem bylo zjistit, kolik virů a kde se vyskytují a jaké jsou jejich strategie. Vědci analyzovali celkem 110 vzorků metagenomů z jezer po celém světě, přičemž dvacet tři z nich odebrali přímo členové týmu v přehradě Římov na Českobudějovicku (18 vzorků) a v malé nádrži Jiřická v Novohradských horách (5 vzorků) a ostatní metagenomy získali z již existujících databází. Ve vzorcích se jim podařilo najít více než 2000 genomů sladkovodních bakteriofágů. Nejpočetnějšími z nich byly aktinofágy (Actinophages), které napadají skupinu drobných sladkovodních bakterií, tzv. aktinobakterií.
Početnost římovských bakteriofágů v 18 metagenomech. Barevná škála zvýrazňuje relativní početnost 1398 bakteriofágů (normalizované množství readů v metagenomu, Z-skore). Bakteriofágy jsou seskupeny dle vzorků a jejich četnosti (Spearmanův koeficient). Svislé označení na pravé straně označuje skupiny bakteriofágů. Názvy sloupců uvádějí datum odběru vzorku a odkazují na hloubku (RE = 0.5m a RH = 30m). Barevné rozlišení za názvy udává teplotu vody.
Studie se zabývala také strategií virů. Viry významně ovlivňují ekologii mikrobiálních společenstev a koloběh živin: mohou napadat a zabíjet bakterie, anebo naopak bakteriím propůjčují zvláštní obranné schopnosti. Příkladem této pomoci je virový gen, díky němuž si bakterie vyrábí tzv. Shiga toxiny. V případě, že bakterii napadne prvok, tyto toxiny blokují polymerizaci aktinových vláken, čímž způsobí smrt prvoka a bakterii ochrání. Jiné geny virů (jednalo se o více než 10 % z analyzovaných genomů) zase infikovaným bakteriím umožnují přežít útok prvoka tím, že vytvářejí enzymy, které zabraňují rozpadu bakteriálních buněk v potravních vakuolách prvoků.
Strategie bakteriofágů ve sladkovodních ekosystémech. Vlevo: Strategie Trójského koně. Bakteriofág s genem toxinu ADP-ribosyl transferáza (VIP2 rodina) napadne bakterii, která je posléze sežrána prvokem (zde bičíkovec). Ve fagolysosomu dojde k syntéze toxinu, který je později uvolněn do cytosolu buňky prvoka. Zde toxin znemožní polymerizaci aktinu, což vede k buněčné smrti. Vpravo: Obrana před kyslíkovými radikály (“reactive oxygen species”, ROS). (a-b) Bakteriofág nesoucí obranné geny (např. thioredoxin, glutaredoxin) napadne bakterii, která je pozřena hladovým prvokem. (c-d) Infikovaná bakterie je chráněna před poškozením kyslíkovými radikály ve fagolysosomu, zatímco ostatní jsou rozloženy. (e) Po vyvrhnutí bakterie z prvoka, může dojít k množení fágů a buněčnému rozkladu.
Studie byla publikována v mezinárodním odborném časopise Microbiome Journal.
Kavagutti V., Andrei A., Mehrshad M., Salcher M., Ghai R. (2019) Phage-centric ecological interactions in aquatic ecosystems revealed through ultradeep metagenomics Microbiome 7: 135.
DOI: 10.1186/s40168-019-0752-0
Sledujte nás na Twitteru: @SmallThingsLab
