Идентичные популяции вируса и хозяина могут сохраняться веками

Учёный из Института океанографии Вудс-Хоул (WHOI), анализируя древние ДНК-сигнатуры планктона в осадках Чёрного моря, впервые обнаружил, что одни и те же генетические популяции вируса и его водорослевого хозяина могут сохраняться и сосуществовать веками. Эти выводы важны для понимания экологической роли вирусов в формировании экосистем водорослей в океане и, возможно, в пресной воде.

Исследование, опубликованное 22 июля в журнале Science, показывает, что ДНК как Coccolithovirus, так и его хозяина — фитопланктона Emiliania huxleyi, играющего важную роль в глобальном углеродном цикле, — сохранялась в осадках на протяжении тысяч лет. Это даёт беспрецедентное представление о долгосрочной динамике популяций между глобально значимыми водорослями и их вирусными патогенами.

Изучая непрерывную генетическую запись за 7000 лет в осадках Чёрного моря, учёные впервые получили картину долгосрочной динамики «вирус–хозяин» в океане. Ранее лабораторные работы подтверждали такое сосуществование лишь в течение нескольких последовательных лет.

Данные позволяют задать важные вопросы:

• Какие факторы контролируют вирусную инфекцию у морских водорослей и как долго одни и те же популяции хозяина и вируса могут сосуществовать?
• Контролировались ли прошлые популяции водорослей только условиями окружающей среды или вирусы также играли важную роль в формировании их структуры?

Это особенно важно для E. huxleyi, который, подобно растениям, осуществляет фотосинтез и поглощает углекислый газ (CO₂), формируя карбонатную оболочку и помогая регулировать углеродный цикл. Однако ДНК-вирусы рода Coccolithovirus уничтожают большие популяции E. huxleyi. Если вирусы заражают множество клеток, те не могут осуществлять фотосинтез и поглощать CO₂, что потенциально может влиять на выбросы парниковых газов.

Наблюдались значительные сдвиги в типах Coccolithovirus и E. huxleyi в осадках Чёрного моря на протяжении веков. Хотя условия окружающей среды почти наверняка влияли на отбор успешных генотипов E. huxleyi, вирусы, вероятно, также играли роль.

Понимание роли вирусов в контроле над прошлыми запасами водорослей необходимо для улучшения интерпретации палеоклиматических записей. Сохранению органического материала, включая древнюю ДНК вирусов и водорослей, способствовало постоянное отсутствие кислорода в придонных водах Чёрного моря в последние 7500 лет.

Сравнимые исследования, вероятно, можно применять в самых разных морских и озёрных экосистемах. В более широком контексте, возможно, станет возможным реконструировать историческое распространение человеческих вирусных заболеваний, поскольку ряд таких инфекций также вызывается ДНК-вирусами.