Zombieceller i havet:Virus holder de mest almindelige marine bakterier i skak

Marine mikrober styrer strømmen af ​​stof og energi, der er afgørende for livet i havene. Blandt dem tegner bakteriegruppen SAR11 sig for omkring en tredjedel af alle de bakterier, der findes i overfladehavvande.

En undersøgelse foretaget af forskere fra Max Planck Institute for Marine Microbiology i Bremen, Tyskland, afslører nu, at næsten 20% af SAR11-cellerne til tider er inficeret af virus, hvilket reducerer det samlede celleantal betydeligt. Vira kan også omdanne disse engang blomstrende bakterier til zombier, et fænomen, der observeres for første gang og er udbredt i havene. Værket er publiceret i tidsskriftet Nature Communications .

Havvandene omkring den tyske ø Helgoland udgør en ideel ramme til at studere forårsalgeopblomstringer, et forskningsfokus på Max Planck Institute for Marine Microbiology siden 2009.

I en tidligere undersøgelse observerede Max Planck-forskerne en gruppe bakterier kaldet SAR11, der voksede særligt hurtigt under disse opblomstringer. På trods af deres høje vækstrater faldt mængden af ​​SAR11 med omkring 90 % over fem dage. Dette tyder på, at cellerne hurtigt blev decimeret af rovdyr og/eller virusinfektioner. Nu har Max Planck-forskerne undersøgt, hvad der præcist ligger bag dette fænomen.

Find de fager, der inficerer SAR11

"Vi ville finde ud af, om det lave antal af SAR11 var forårsaget af fager, det vil sige vira, der specifikt inficerer bakterier," forklarer Jan Brüwer, der har udført undersøgelsen som en del af sin doktorafhandling. "At besvare dette tilsyneladende enkle spørgsmål var metodisk meget udfordrende."

Hvordan virker faginfektion? Fager inficerer bakterier ved at indføre deres genetiske materiale i dem. Når den først er der, replikerer den og bruger de bakterielle ribosomer til at producere de proteiner, den har brug for. Forskere fra Bremen brugte en teknologi, der gjorde dem i stand til at "følge" fagens genetiske materiale inde i cellen.

"Vi kan farve de specifikke faggener og derefter se dem under mikroskopet. Da vi også kan farve SAR11's genetiske materiale, kan vi samtidig påvise faginficerede SAR11-celler," forklarer Brüwer.

Selvom dette kan virke ligetil, gjorde den lave lysstyrke og lille størrelse af faggenerne det udfordrende for forskere at opdage dem. Ikke desto mindre blev tusindvis af mikroskopbilleder analyseret med succes, hvilket bragte nogle spændende nyheder.

"Vi så, at SAR11-bakterier er under massivt angreb af fager," siger Brüwer. "I perioder med hurtig vækst, såsom dem, der er forbundet med forårsalgeopblomstring, blev næsten 20 % af cellerne inficeret, hvilket forklarer det lave celleantal. Så fager er det manglende led, der forklarer dette mysterium."

Zombieceller:Et globalt fænomen

Til forskernes overraskelse afslørede billederne endnu mere. "Vi opdagede, at nogle af de fag-inficerede SAR11-celler ikke længere indeholdt ribosomer. Disse celler er sandsynligvis i en overgangstilstand mellem liv og død, så vi kaldte dem 'zombie'-celler," forklarer Brüwer.

Zombieceller repræsenterer et nyt fænomen, der ikke kun observeres i rene SAR11-kulturer, men også i prøver indsamlet ud for Helgoland. Desuden afslørede analyse af prøver fra Atlanterhavet, det sydlige ocean og Stillehavet tilstedeværelsen af ​​zombieceller, hvilket indikerer, at dette fænomen forekommer over hele verden.

"I vores undersøgelse udgør zombieceller op til 10 % af alle celler i havet. Den globale forekomst af zombieceller udvider vores forståelse af den virale infektionscyklus," understreger Brüwer. "Vi har mistanke om, at nukleinsyrerne i ribosomerne i zombieceller bliver nedbrudt og genbrugt for at lave nyt fag-DNA."

Brüwer og hans kolleger antager, at ikke kun SAR11-bakterier, men også andre bakterier, kan omdannes til zombier. Derfor ønsker de yderligere at undersøge fordelingen af ​​zombieceller og deres rolle i virusinfektionscyklussen.

"Dette nye fund beviser, at SAR11-populationen, på trods af at den deler sig så hurtigt, er massivt styret og reguleret af fager," siger Brüwer.

"SAR11 er meget vigtig for globale biogeokemiske kredsløb, herunder kulstofkredsløbet, derfor skal deres rolle i havet omdefineres. Vores arbejde fremhæver fagernes rolle i det marine økosystem og vigtigheden af ​​mikrobielle interaktioner i havet."

Flere oplysninger: Jan D. Brüwer et al., Globalt forekommende pelagifaginfektioner skaber ribosom-depriverede celler, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-48172-w

Journaloplysninger: Nature Communications

Leveret af Max Planck Society