FISH-bilden – FISH står för en visualiseringsmetod som kallas fluorescens in situ-hybridisering – visar amöbor infekterade samtidigt med Wienviruset (för första gången isolerade i denna studie och därför namngivna av forskargruppen) och bakteriens symbiont. På bilden visas amöborna i magenta, deras symbionter i cyan och DNA i gult. De större gula strukturerna är virusfabrikerna som fortfarande är i startfasen här och inte kan producera smittsamma virus. Kredit:C:Patrick Arthofer
Amöbor får överraskande stöd i försvaret mot virus:Bakterierna de är infekterade med hindrar dem från att förstöras av jättevirus. En forskargrupp ledd av mikrobiolog Matthias Horn från Centrum för mikrobiologi och miljösystemvetenskap vid universitetet i Wien har undersökt hur en virusinfektion fortskrider när amöbor samtidigt infekteras med klamydia.
Forskargruppen visar för första gången att intracellulära bakterier som kallas symbionter skyddar sin värd mot virus. Amöbor är protister, encelliga mikroorganismer med en cellkärna. Protister spelar en nyckelroll i näringsvävar och ekosystemprocesser. Följaktligen tyder resultaten av studien på att interaktionen mellan symbionter och virus påverkar flödet av näringsämnen i ekosystemen. Studien är nu publicerad i tidskriften PNAS .
Intracellulära bakterier:Vän inte fiende?
Under naturliga förhållanden infekteras protister inklusive de studerade amöbor ofta av bakteriella symbionter, som inkluderar klamydia. Klamydiae är främst kända som mänskliga patogener. Nära släktingar till dessa patogena klamydia har emellertid upptäckts i en mängd olika djur och protister.
"Eftersom klamydiainfektion enligt nuvarande kunskap leder till en långsammare tillväxthastighet för den infekterade värden, anses klamydiae vanligen vara parasitiska", förklarar Patrick Arthofer, första författare till studien och Ph.D. student vid Centrum för mikrobiologi och miljösystemvetenskap (CMESS).
Parasitiska bakterier har en negativ effekt på värden medan symbionter med positiv effekt kallas mutualister. "Vår studie visar att klamydia faktiskt är mutualister snarare än parasiter här, eftersom de skyddar protisterna mot dödliga infektioner av jättevirus. Trots allt är långsammare tillväxt bättre än att dö", säger Arthofer.
Grafiskt sammandrag av studien:Den visar hur en jättevirusinfektion (orange hexagon) får amöban att producera viruspartiklar tills värdcellen spricker och därmed dör. Om amöban är infekterad med en bakteriell symbiont (turkosa cirklar) kan viruset komma in i amöban, men symbionten blockerar den och amöban överlever. Kredit:Patrick Arthofer
Jättevirus och deras encelliga värdar
Infektioner med bakterier, men också de med virus, formar hur populationer av protister utvecklas. Forskarna från universitetet i Wien och Université de Poitiers i Frankrike ville veta hur en virusinfektion går till när protister samtidigt infekteras med bakterier. För att studera en situation som också kan uppstå i naturliga miljöer, isolerade forskarna först amöbor, bakterier och ett jättevirus från samma miljöprov.
Jättevirus har bara varit kända i cirka 20 år. Deras upptäckt utmanar många tidigare antaganden om virus, för de är inte bara flera gånger större än alla tidigare kända virus, utan har också gener som tidigare ansågs vara karakteristiska för cellulära organismer som bakterier, djur, växter och svampar. Enligt nuvarande kunskap är de helt ofarliga för djur och människor. Deras naturliga värdar är encelliga organismer med en cellkärna, protisterna.
När jättevirus infekterar en värdcell gör de om hela värdcellen och sätter upp en så kallad "virusfabrik". Denna virusfabrik producerar hundratals nya viruspartiklar tills värdcellen spricker och släpper de nya virusen. "Om protisten är infekterad med bakteriella symbionter blockeras just denna process", förklarar Matthias Horn, chef för forskargruppen vid universitetet i Wien. "Vår studie visar att förekomsten av klamydia inte hindrar viruset från att tas upp. Men virusen kan sedan inte bilda en fungerande virusfabrik", säger han.
Bakteriernas växelverkan med de jättelika virusen inuti amöban får inte bara konsekvenser för värden själv. "En vanlig hypotes är att dessa intracellulära interaktioner mellan jättevirus och bakteriella symbionter har spelat en roll i att jättevirus blir så komplexa", säger Horn. Studiet av interaktioner mellan virus och symbionter skulle därför kunna ge svar på frågan om hur jättevirus utvecklades.
Patrick Arthofer under en ljusmikroskopisk undersökning av en amöbakultur. Kredit:Wiens universitet
Bakterier som skyddar mot virus påverkar näringsväven
Protister är utbredda – lever bland annat i vatten, havsvatten och havsbottnar. De livnär sig på bakterier och absorberar på så sätt de näringsämnen som är bundna i bakterierna och, när de äts själva, för dem vidare till djur som små kräftdjur. Endast på detta sätt har djuren tillgång till de näringsämnen som bakterierna tillhandahåller. Om protisterna dödas av virus kan de frigjorda näringsämnena bara metaboliseras igen av bakterier.
"Om klamydiae skyddar protisterna från att förstöras av virus, ser de inte bara till att deras värdar förblir en källa till mat för små djur. Utöver det kan bakteriesymbioterna påverka hela näringscykeln i ekosystemen", förklarar Arthofer.
Framtida forskning kommer att visa i vilken utsträckning denna process påverkar ekosystemens funktion. "I allmänhet säger en närmare titt på interaktioner mellan virus och symbionter oss något om ekosystemdynamik", säger Matthias Horn. I ett nästa steg vill forskarna därför undersöka den exakta mekanismen bakom det bakteriemedierade skyddet av protister från jättevirus.
Dessutom fokuserar Anouk Willemsen, medförfattare till uppsatsen och virolog vid CMESS, specifikt på jättevirus:I ett forskningsprojekt som nyligen godkänts av European Research Council (ERC) undersöker hon hur jättevirus har fått sin komplexitet. + Utforska vidare
