Los tipos de bacterias oceánicas que se sabe que absorben dióxido de carbono del aire requieren más energía, en forma de carbono, y otros recursos cuando se infectan simultáneamente con virus y se enfrentan al ataque de depredadores cercanos, según ha descubierto una nueva investigación.
Los virus abundan en el océano, y la investigación ahora sugiere que los virus marinos tienen funciones beneficiosas, incluida la ayuda a llevar el carbono absorbido de la atmósfera al almacenamiento permanente en el fondo del océano. Cuando los virus infectan a otros microbios en ese entorno (y en cualquier lugar, de hecho), la interacción da como resultado la creación de organismos completamente nuevos llamados «virocélulas».
En este nuevo estudio, los investigadores trabajaron con cianovirocélulas, cianobacterias que absorben carbono y liberan oxígeno a través de la fotosíntesis que han sido infectadas con virus. El análisis de los cambios en la activación de genes y el metabolismo de las bacterias infectadas en condiciones de laboratorio diseñadas para imitar a la naturaleza sugiere una posibilidad intrigante: la doble amenaza de infección viral y la deriva entre microbios depredadores hambrientos podría llevar a las cianovirocélulas a absorber más carbono.
«Más energía para estos organismos probablemente signifique más CO2 fijación, por lo que especularía que el hundimiento y el secuestro de carbono de la atmósfera es mayor debido a la interacción entre los depredadores, las bacterias fotosintéticas y los virus», dijo Cristina Howard-Varona, primera autora del estudio y científica investigadora en microbiología en The Ohio Universidad Estatal.
El estudio fue publicado en línea recientemente en la revista Comunicaciones ISME.
Este trabajo marca la primera vez que los investigadores observan estas bacterias mientras están simultáneamente infectadas con virus y flotando en presencia de organismos, llamados protistas, que se las comen.
«El océano cubre el 70 % de nuestro planeta y nos protege contra el cambio climático, y debajo de la superficie existen todas estas interacciones complejas de las que sabemos tan poco», dijo Matthew Sullivan, coautor principal del estudio y profesor. de microbiología en el estado de Ohio.
«Lo que hemos aprendido es que estas bacterias fotosintéticas, que son el actor más importante del cambio climático en los océanos, no solo viven sus propias vidas. Están siendo atacadas por organismos más grandes que se las comen y por ‘organismos’ mucho más pequeños. — los virus que los infectan», dijo Sullivan. «Lo que es tan interesante es que la infección por virus transforma por completo un organismo unicelular en estas virocélulas, y recién ahora estamos comenzando a comprender cómo las virocélulas contribuyen a los ciclos marinos y afectan el cambio climático».
El equipo de investigación creó condiciones similares a las del océano al combinar sinecococo cianobacterias, virus y un protista llamado Puerto deportivo de Oxirrhis en el agua del océano para crear cianovirocélulas que luego fueron atacadas por el depredador protista. Luego compararon la expresión génica de las bacterias infectadas y los cambios metabólicos observados en estas condiciones con tres controles: bacterias no infectadas solas, cianovirocélulas solas y bacterias no infectadas en presencia de protistas.
Usando una variedad de técnicas computacionales, los investigadores observaron diferencias significativas en la expresión génica de las bacterias infectadas y en las moléculas relacionadas con el metabolismo cuando los depredadores protistas se introdujeron en el entorno del agua marina, y notaron que algunos de esos cambios se remontaron al virus que infecta en el interior. la célula, lo que sugiere que la cianovirocélula podría detectar la presencia del protista.
«La entidad que surge de la infección viral, la cianovirocélula, tiene un metabolismo y una vida útil completamente diferentes, y se ocupa de diferentes funciones», dijo Howard-Varona. «Y en presencia del protista más grande, estas virocélulas requieren más recursos y más energía para sobrevivir. Tienes que ver a los tres jugadores al mismo tiempo para ver el aumento en la demanda de energía».
«Como parte de eso, el virus necesita más energía para crear más copias de sí mismo, pero ¿de dónde la obtiene? Está fijando el carbono, que se convierte en azúcares, y los azúcares se queman como energía».
Las cianovirocélulas también estaban liberando nutrientes relacionados con el metabolismo en el agua, que fueron consumidos por los protistas, observaciones que nunca antes se habían hecho.
Los microbios en el océano hacen el trabajo de absorber la mitad del dióxido de carbono generado por el hombre de la atmósfera y producir la mitad del oxígeno que respiramos, pero todavía hay mucho que aprender sobre todos los factores del ecosistema que intervienen en ese proceso.
«Este trabajo representa datos de referencia que son importantes para desarrollar nuestra comprensión de cómo funciona el ciclo del carbono en los océanos y el papel que juegan los virus», dijo Sullivan, también profesor de ingeniería civil, ambiental y geodésica y director fundador del Centro del Estado de Ohio. de Ciencias del Microbioma.
La investigación fue apoyada por la Fundación Nacional de Ciencias, la Fundación Gordon y Betty Moore, una beca posdoctoral de la Fundación Arnold y Mabel Beckman y la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de EE. UU.
Sheri Floge de la Universidad de Wake Forest fue coautora principal del estudio. Otros coautores incluyen a Simon Roux del estado de Ohio (ahora con el Instituto Conjunto del Genoma del DOE de EE. UU.); Benjamin Bowen, Leslie Silva, Rebecca Lau, Tanja Woyke y Trent Northen del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley; Sarah Schwenck de la Universidad de Arizona; y Samuel Schwartz de Wake Forest.
