Прямое обнаружение взаимодействий вирусов и их бактериальных хозяев в почве
Бактериофаги — вирусы, заражающие бактерии — широко распространены в почвенных экосистемах. Однако многие из этих фагов не идентифицированы, и их бактериальные мишени также остаются загадкой.
В исследовании, опубликованном в Nature Communications, учёные применили передовую технологию — высокопроизводительный захват конформации хромосом (Hi-C) — для прямого изучения связей между фагами и их бактериальными хозяевами в почвах с разным уровнем влажности.
Исследование показало, что фаги менее активны в сухой почве, чем во влажной. Эти фаги нацеливались на бактериальных хозяев, способных выживать и процветать в засушливых условиях. Некоторые из этих хозяев оказались важными видами в своих бактериальных сообществах. Это демонстрирует, что фаги могут влиять на бактериальные популяции в ответ на изменения влажности почвы.
Данная работа — значительный шаг вперёд в применении Hi-C-секвенирования в почвенных средах. Эта технология позволяет исследователям наблюдать и фиксировать текущие вирусные инфекции и идентифицировать взаимодействия между вирусами и их хозяевами.
Важно, что работа предоставляет экспериментальные доказательства существования вирусных генералистов. Ранее эта концепция предсказывалась лишь на основе анализа данных. Кроме того, комбинируя Hi-C с другими методами ДНК- и РНК-секвенирования, учёные могут получить новое представление о том, как высыхание почвы влияет на взаимоотношения фагов и их хозяев.
Исследователи собрали образцы почвы до и после двухнедельного инкубационного периода, моделировавшего естественный процесс высыхания в полевых условиях.
Для идентификации взаимодействий между фагами и их хозяевами учёные использовали Hi-C, который включает химическое сшивание молекул ДНК фагов и их бактериальных хозяев, находящихся в одной клетке. В исследовании также использовались парные метагеномы и метатранскриптомы, созданные Joint Genome Institute (пользовательским объектом Министерства энергетики США), для изучения состава сообществ фагов и бактерий и их потенциальной активности.
Исследование выявило, что некоторые ключевые виды в бактериальном сообществе также могут служить хозяевами для фагов.
Учёные обнаружили, что частота фаговых инфекций на популяцию хозяина имела значительную отрицательную корреляцию с обилием хозяев в почве до процесса высыхания. Однако после высыхания почвы фаги были менее активны, но, по-видимому, избирательно нацеливались на хозяев с полезными признаками.
В совокупности эти данные свидетельствуют о том, как фаги могут влиять на динамику бактериальных популяций в ответ на изменение уровня влажности почвы.