Каждую весну, когда солнце встает в Арктике после нескольких месяцев тьмы, жизнь возвращается. Белые медведи выскакивают из своих зимних логовищ, полярная крачка возвращается из долгого путешествия на юг, а овцебыки идут на север.
Но животные – не единственная жизнь, которую пробуждает весеннее солнце. Спящие на льду водоросли весной начинают цвести, чернея большие площади льда.
Когда лед чернеет, его способность отражать солнце уменьшается, и это ускоряет таяние льда. Увеличение таяния усугубляет глобальное потепление.
Но исследователи, возможно, нашли способ контролировать рост снежных водорослей и, возможно, в долгосрочной перспективе предотвратить таяние части льда. Живя на льду рядом с водорослями, постдок Лаура Перини с факультета экологических наук Орхусского университета и ее коллеги обнаружили гигантские вирусы. Их выводы опубликовано в журнале Микробиом.
Она подозревает, что вирусы питаются снежными водорослями и могут работать как естественный механизм контроля цветения водорослей.
«Мы мало что знаем об этих вирусах, но я думаю, что они могут быть полезны как способ облегчить таяние льда, вызванное цветением водорослей. Насколько они специфичны и насколько эффективными они будут, мы пока не знаем. исследуя их дальше, мы надеемся ответить на некоторые из этих вопросов», — говорит она.
Больше, чем бактерии
Вирусы обычно намного меньше бактерий. Размер обычных вирусов составляет 20–200 нанометров, тогда как размер типичной бактерии составляет 2–3 микрометра. Другими словами, нормальный вирус примерно в 1000 раз меньше бактерии.
Однако это не относится к гигантским вирусам. Гигантские вирусы вырастают до размеров 2,5 микрометра. Это больше, чем у большинства бактерий.
Но гигантские вирусы не только больше по размеру. Их геном намного больше, чем у обычных вирусов. Бактериофаги — бактерии, инфицирующие вирусы — имеют в своем геноме от 100 000 до 200 000 букв. Гигантские вирусы насчитывают около 2 500 000.
Никогда раньше не встречался на льду
Гигантские вирусы были впервые обнаружен в 1981 году, когда исследователи нашли их в океане. Эти вирусы специализировались на заражении зеленых водорослей в море. Позже гигантские вирусы были обнаружены в почве на суше и даже у человека.
Но впервые гигантские вирусы были обнаружены живущими на поверхности льда и снега, где доминируют микроводоросли, объясняет Перини.
«Мы проанализировали образцы темного льда, красного снега и тающих лунок (криоконита). И в темном льду, и в красном снегу мы обнаружили следы активных гигантских вирусов. И это первый раз, когда они были обнаружены на поверхности льда и снега, содержащих большое количество пигментированных микроводорослей», — говорит она.
Несколько лет назад все думали, что эта часть мира бесплодна и лишена жизни. Но сегодня мы знаем, что там обитает несколько микроорганизмов, в том числе гигантские вирусы.
«Водоросли окружает целая экосистема. Помимо бактерий, нитчатых грибов и дрожжей, есть протисты, поедающие водоросли, различные виды грибов, паразитирующих на них, и обнаруженные нами гигантские вирусы, заражающие их. Чтобы понять биологический контроль, действующий на цветение водорослей, нам нужно изучить эти последние три группы», — продолжает Перини.
Несмотря на то, что вирусы гигантские, их невозможно увидеть невооруженным глазом. Перини еще даже не видел их в световой микроскоп. Но она надеется сделать это в будущем.
«Мы обнаружили вирусы, проанализировав всю ДНК в взятых нами образцах. Просеивая этот огромный набор данных в поисках конкретных маркерных генов, мы обнаружили последовательности, которые имеют большое сходство с известными гигантскими вирусами», — объясняет она.
Чтобы убедиться, что вирусная ДНК произошла не от давно мертвых микроорганизмов, а от живых и активных вирусов, команда также извлекла из образца всю мРНК.
Когда последовательности ДНК, образующие гены, активируются, они транскрибируются в одноцепочечные фрагменты, называемые мРНК. Эти кусочки служат рецептами для создания белков, необходимых вирусу. Если они присутствуют, вирус жив.
«В общей мРНК, секвенированной из образцов, мы обнаружили те же маркеры, что и в общей ДНК, поэтому мы знаем, что они были транскрибированы. Это означает, что вирусы живут и активны на льду», — говорит Перини.
ДНК и РНК в вирусах
В центре гигантских вирусов находится кластер ДНК. Эта ДНК содержит всю генетическую информацию или рецепты, необходимые для создания белков — химических соединений, которые выполняют большую часть работы вируса.
Но чтобы использовать эти рецепты, вирус должен транскрибировать их из двухцепочечной ДНК в одноцепочечную мРНК.
Обычные вирусы этого сделать не могут. Вместо этого у них есть нити РНК, плавающие в клетке и ожидающие активации, когда вирус заражает организм и захватывает его клеточные производственные мощности.
Гигантские вирусы могут делать это сами, что сильно отличает их от обычных вирусов.
В то время как ДНК мертвых вирусов можно обнаружить в образцах, мРНК расщепляется гораздо быстрее. Таким образом, мРНК является важным маркером вирусной активности. Другими словами, мРНК-рецепты некоторых белков показывают, что вирусы живы и здоровы.
Не совсем уверен, как они работают
Поскольку гигантские вирусы — относительно новое открытие, о них известно не так много. В отличие от большинства других вирусов, они имеют множество активных генов, которые позволяют им восстанавливать, реплицировать, транскрибировать и транслировать ДНК.
Но почему это так и для чего именно они это используют, неизвестно.
«Мы не можем точно определить, какие хозяева заражают гигантские вирусы. Некоторые из них могут заражать протистов, а другие атакуют снежные водоросли. Мы просто пока не можем быть уверены», — говорит Перини.
Она усердно работает над тем, чтобы узнать больше о гигантских вирусах, и скоро появятся новые исследования.
«Мы продолжаем изучать гигантские вирусы, чтобы узнать больше об их взаимодействии и о том, какова именно их роль в экосистеме. Позже в этом году мы опубликуем еще одно научное исследование с некоторой дополнительной информацией о гигантских вирусах, заражающих культивируемые микроводоросли, процветающие на поверхности льда. ледникового щита Гренландии», — заключает она.
Предоставлено Орхусским университетом
Водоросли чернеют лед. Когда это происходит, лед отражает меньше солнечного света и тает быстрее. Некоторые районы Гренландии покрыты черными водорослями. Изображение: Лаура Перини