Forskare har länge trott att havsvirus alltid snabbt dödar alger, men Rutgers-ledd forskning visar att de lever i harmoni med alger och virus ger en "coup de grace" endast när algblomningar redan är stressade och dör.

Studien, publicerad i tidningen Naturkommunikation , kommer sannolikt att förändra hur forskare ser på virusinfektioner av alger, även känd som växtplankton – särskilt virusets inverkan på ekosystemprocesser som algblomningsbildning (och minskning) och cirkulationen av kol och andra kemikalier på jorden.

"Det är först när de infekterade algcellerna blir stressade, som när de får slut på näringsämnen, att virusen blir dödliga, " sa huvudförfattaren Benjamin Knowles, en före detta postdoktor vid Institutionen för havs- och kustvetenskaper vid School of Environmental and Biological Sciences vid Rutgers University-New Brunswick som nu är vid UCLA. Han var också postdoktor vid Rutgers' Institute of Earth, Hav, och Atmosfärsvetenskap. "Vi känner att den här helt nya infektionsmodellen är utbredd i haven och kommer att i grunden förändra hur vi ser på värdvirusinteraktioner och virusens inverkan på ekosystem och biogeokemisk kretslopp eftersom den går emot den sedan länge accepterade klassiska modellen av virus alltid är dödlig och dödar celler."

Biogeokemisk cykling avser viktiga näringsämnen som kol, syre, kväve, fosfor, kalcium, järn och vatten som cirkulerar genom organismer och miljön. Koccolitoforalgerna Emiliania huxleyi var i fokus för studien som en modell för andra algvirussystem och är en central drivkraft för denna process.

Forskarna studerade interaktioner mellan virus och alger i labbet och i kontrollerade, miniblomningar i kustvatten i Norge. De fokuserade på virusinfektion av en form av alger som är ansvarig för att generera mycket av syre- och kolkretsloppet på jorden. En grupp havsvirus som kallas coccolithovirus infekterar och dödar rutinmässigt E. huxleyi över 1, 000 kvadratkilometer, som kan ses från rymden via jordobservationssatelliter.

Virusen spricker så småningom algceller, bidra till det globala näringsnätet genom att göra energi och organiskt material tillgängligt för andra organismer. Men infekterade celler dör inte direkt, upptäckte forskarna. Istället, Infekterade celler förökar sig och blommar över dussintals miles av havsvatten och dör på ett samordnat sätt. Denna dynamik har rutinmässigt observerats i tidigare studier men kunde inte förklaras av den hastighet med vilken algvärdar och virus möter varandra i naturen.

"Alger och virus har en kvasi-symbiotisk typ av relation, låter både algceller och virus replikera glatt ett tag, " sa seniorförfattaren Kay D. Bidle, en professor och mikrobiell oceanograf vid Institutionen för havs- och kustvetenskaper vid Rutgers-New Brunswick och Institute of Earth, Hav, och Atmosfärsvetenskap. "Vi känner att denna nyupptäckta dynamik även gäller andra interaktioner mellan virus och alger över haven och är grundläggande för hur infektion fungerar. Genom att kombinera experimentell, teoretiska och miljömässiga tillvägagångssätt, vårt arbete presenterar en mall för att diagnostisera denna typ av infektion i andra system."

Alg-virusdynamiken har viktiga konsekvenser för utfallet av infektioner och kolflödet och kan leda till scenarier där koldioxid binds, eller lagras, i det djupa havet snarare än kvar i det övre havet, sa Bidle. Ytterligare forskning behövs för att till fullo förstå omfattningen av denna dynamik och deras inverkan på ekosystem och kretsloppet av kol i haven.