Uma fusão de micróbios:estudo mostra que condições de baixo teor de nutrientes alteram a infecção viral
Resumo gráfico:Cristina Howard-Varona, criado com Biorender Isto é o que sabemos:quando os vírus infectam bactérias – uma ocorrência comum nos oceanos, nos solos e até nas entranhas humanas – a interação resulta na criação de organismos inteiramente novos chamados “virocélulas”. Mas os cientistas ainda estão a aprender sobre como esta fusão de micróbios afecta e é afectada pelo ambiente que os rodeia.
Há quatro anos, os cientistas fizeram uma surpreendente descoberta laboratorial sobre bactérias oceânicas que foram infectadas por dois vírus diferentes:as infecções resultaram em duas virocélulas muito diferentes, cujas funções eram inteiramente governadas pelas necessidades virais e não pelas suas origens bacterianas.
"Portanto, eles estão operando de maneira diferente, embora sejam a mesma célula-mãe. A mesma entidade se tornou duas entidades diferentes de dois vírus diferentes", disse Cristina Howard-Varona, pesquisadora em microbiologia da Universidade Estadual de Ohio e primeira autor do estudo. “Isso é fascinante, porque infecções virais acontecem o tempo todo”.
A descoberta foi feita em condições experimentais consideradas as melhores para observar um fenômeno até então desconhecido – que incluía altos níveis do nutriente fosfato na água. Howard-Varona e colegas repetiram o trabalho num novo estudo sob condições de baixo teor de fosfato, mais semelhantes às do mundo natural, onde bolsas de oceano carecem de nutrientes.
Eles descobriram que essas condições do mundo real fizeram uma enorme diferença na forma como a infecção viral afetou a bactéria hospedeira – tanto que os dois tipos de células infectadas são representados no artigo como um diagrama de Venn para mostrar as funções e características que compartilham isoladamente ou em combinação como resultado de seu ambiente de baixo teor de nutrientes.
O estudo foi publicado recentemente no The ISME Journal .
O objetivo das novas descobertas não é apenas sobre como as duas virocélulas se comportam individualmente em uma área do oceano com baixo teor de fosfato, mas também sobre o impacto que o meio ambiente tem no evento rotineiro de vírus que infectam bactérias.
“Quando você esgota apenas um nutriente, isso tem um impacto drástico – muda o quadro da infecção, mesmo sendo a mesma célula e os mesmos vírus do estudo anterior”, disse Howard-Varona.
"Então, o que aconteceria se passássemos ainda mais fome ou esgotássemos um nutriente diferente? Isso nos diz que será muito importante estudar células e virocélulas sob condições nutricionais que se assemelhem mais às que encontram na natureza."
A pesquisa tem potencial para melhorar a modelagem em larga escala de sistemas microbianos oceânicos, que até o momento tendem a não ter o componente virocell, disse Matthew Sullivan, co-autor sênior de ambos os estudos e professor de microbiologia na Universidade Estadual de Ohio.
“Se quisermos prever como os organismos contribuem para a geoquímica dos oceanos, precisamos de saber como as populações de células interagem, como obtêm nutrientes do ambiente e como isso altera a composição da matéria orgânica que forma as células – e como tudo em conjunto contribui para o clima. mudanças climáticas e à resposta dos oceanos às mudanças climáticas", disse Sullivan, também professor de engenharia civil, ambiental e geodésica e diretor fundador do Centro de Ciência do Microbioma do Estado de Ohio.
“O mesmo se aplica à modelagem de micróbios em solos, que também não possuem um ambiente rico em nutrientes, e onde sabemos muito pouco sobre virocélulas e como elas contribuem para a saúde das raízes e das culturas.”
No novo estudo, os investigadores descobriram que os dois vírus infecciosos exerciam bastante controlo sobre as funções que dominavam as duas virocélulas resultantes.
Os vírus, chamados fagos, foram selecionados pelas suas qualidades muito diferentes:um é muito semelhante genomicamente à bactéria hospedeira, por isso se concentrou na reciclagem dos recursos existentes, e o outro, um fago menos semelhante, teve que trabalhar mais para gerar recursos. Em ambos os casos, o objetivo é acessar a energia e maximizar a produção de cópias virais e, eventualmente, matar o hospedeiro.
“Mas essas diferenças foram reduzidas no ambiente com baixo teor de fosfato, por isso são menos importantes – sugerindo que o ambiente pode ter um efeito mais forte do que os vírus infectantes no comportamento das virocélulas”, disse Howard-Varona.
E depois houve atividades comuns a ambas as virocélulas em resposta à fome:ativar uma resposta ao stress em toda a célula, obter energia a partir do metabolismo de gorduras em vez de hidratos de carbono e reduzir a quantidade de matéria orgânica que consomem do ambiente.
“Todas as células do mundo precisam de fosfato para produzir DNA e energia e, portanto, sem ele não há vida, nem função, nem metabolismo”, disse Howard-Varona. “E o que demonstrámos é que, nestas condições, as virocélulas têm pontos em comum. Sentem a limitação de nutrientes e comportam-se de forma mais semelhante do que quando cresciam num ambiente rico em nutrientes.
“O ambiente é muito importante para as infecções virais – e então você pode imaginar que isso é verdade para todos os ambientes”.
Os pesquisadores aplicarão muito do que aprenderam com o ambiente marinho em estudos de virocélulas do solo.
Os co-autores incluem Azriel Krongauz, Natalie Solonenko, Ahmed Zayed e Subhadeep Paul do estado de Ohio; o coautor Morgan Lindback e a coautora sênior Melissa Duhaime, da Universidade de Michigan; Jane Fudyma e Malak Tfaily, da Universidade do Arizona; William Andreopoulos e Tijana Glavina del Rio do DOE; e Heather Olson, Young-Mo Kim, Jennifer Kyle e Joshua Adkins do Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico.
