Вирусы в океане. Тройной симбиоз: растение, гриб, вирус . Человек – переносчик растительных инфекций

Вирусы в океане

Микробиологи и генетики из США и Канады опубликовали результаты первого широкомасштабного исследования вирусов, обитающих в океане. Оказалось, что там живут сотни тысяч видов ДНК-содержащих вирусов, большинство из которых неизвестны науке.
Всего ученые обработали 184 пробы морской воды, взятые на глубине от 0 до 3246 м в 68 точках в Саргассовом море, Мексиканском заливе, Северном Ледовитом океане и в Тихом океане у побережья Британской Колумбии.
Вирусные частицы отфильтровывали, а затем из них извлекали ДНК. Более 91% обнаруженных таким образом фрагментов вирусной ДНК принадлежат неизвестным науке видам или, говоря точнее, видам, чьи геномные последовательности до сих пор отсутствовали в базах данных. Практически все эти вирусы являются ДНК-содержащими бактериофагами. Большинство из них хранят свою наследственную информацию в виде двойных цепей ДНК, однако среди них были обнаружены и одноцепочечные формы. До сих пор одноцепочечных ДНК-вирусов в морской воде не находили.
Хотя многие морские вирусы были обнаружены в большинстве проб из всех четырех районов, тем не менее эти районы сильно различаются по своей вирусной «фауне». По-видимому, вирусная биогеография в самых общих чертах сходна с биогеографией клеточных организмов, что конечно же обусловлено приуроченностью определенных вирусов к определенным хозяевам-бактериям.
Самое разнообразное вирусное сообщество (129 тыс. генотипов) было обнаружено у побережья Британской Колумбии. Это объясняется тем, что здесь имеется восходящее морское течение (апвеллинг), поднимающее на поверхность биогенные элементы из глубин океана. В таких районах всегда наблюдается необыкновенное буйство жизни. Наименее разнообразный комплекс вирусов (532 генотипа) характерен для Северного Ледовитого океана. Общее число видов вирусов в Мировом океане, по оценкам ученых, должно составлять не менее нескольких сотен тысяч. Плотность вирусного населения в поверхностных слоях океана, по-видимому, измеряется сотнями миллионов вирусных частиц на литр воды.
Переходя от бактерии к бактерии, фаги часто «прихватывают» с собой фрагменты бактериального генома и тем самым способствуют горизонтальному переносу генов, в том числе между разными видами бактерий. Фаги сильно изменяют биологию своих хозяев: некоторые патогенные и безвредные штаммы бактерий различаются только фагами, встроившимися в их геном. Таким образом, влияя на эволюцию и экологические характеристики морских бактерий, фаги могут играть важную роль в глобальном круговороте вещества, энергии и генов.

Тройной симбиоз: растение, гриб, вирус

Удивительный пример тройного симбиоза обнаружили американские биологи, работающие в Йеллоустонском национальном парке (США), где на горячей почве вблизи геотермальных источников произрастает термостойкая трава Dichanthelium lanuginosum. Ранее было установлено, что удивительная устойчивость этого растения к высоким температурам каким-то образом связана с обитающим в его тканях грибом Curvularia protuberata. Если выращивать растение и гриб отдельно друг от друга, то ни тот ни другой организм не выдерживают длительного нагревания свыше +38 °C, однако вместе они прекрасно растут на почве с температурой +65 °C.

Исследуя эту удивительную симбиотическую систему, ученые обнаружили, что в ней есть еще и третий обязательный участник – РНК-содержащий вирус, обитающий в клетках гриба. Исследователи выделили из гриба не только вирусную РНК, но и сами вирусные частицы, имеющие вид шариков диаметром около 30 нм.

Ученые решили выяснить, не оказывает ли обнаруженный вирус какого-нибудь влияния на взаимоотношения гриба и растения. Для этого они «вылечили» гриб, подвергнув его мицелий высушиванию и замораживанию при –80 °C. Эта суровая процедура приводит к разрушению вирусных частиц. Необходимые для экспериментов «безгрибные» растения выращивали из семян, с которых снимали оболочку, а затем полоскали 10–15 мин в хлорке. Затем растения заражали (или не заражали) симбиотическим грибом, капая на них из пипетки взвесь грибных спор. Оказалось, что гриб, «вылеченный» от вируса, не в состоянии сделать растение термоустойчивым. Растения с таким грибом погибали на горячей почве точно так же, как и растения без гриба.

Однако нужно было еще убедиться, что дело тут именно в вирусе, а не в каких-то побочных эффектах тех жестоких процедур, которые применялись при «лечении» гриба от вируса и освобождении растения от гриба. Для этого «вылеченные» грибы были снова заражены вирусом, а этими повторно зараженными грибами, в свою очередь, заразили «вылеченные» растения. Теперь всё было в порядке: заново собранный симбиотический комплекс отлично рос на горячей почве.

Напоследок ученые провели совсем уж смелый эксперимент, заразив «грибом термоустойчивости» совершенно другое растение, а именно, обыкновенный помидор. Были взяты четыре группы молодых томатов, по 19 растений в каждой. Первую группу заразили «дикой» формой гриба, содержащего вирус; вторую – грибом, вылеченным от вируса, а затем снова зараженным; третью – грибом, лишенным вируса; четвертую вообще оставили без грибов. Затем почву, в которой росли эти помидоры, каждые сутки в течение 10 ч нагревали до +65 °C, а остальные 14 ч поддерживали температуру почвы +26 °C. Спустя 14 дней в первой группе в живых осталось 11 растений, во второй – 10, в третьей – 4, в четвертой – только 2.

Таким образом было установлено, что гриб, зараженный вирусом, способен повышать термоустойчивость не только у своего природного хозяина, однодольного растения Dichanthelium lanuginosum, но и у неродственных растений, относящихся к классу двудольных.

Человек – переносчик растительных инфекций

Перец, пораженный вирусом мозаики перца (PMMV), слева, и вирусом пятнистого вилта томатов (TSWV), справа

Удивительный результат получила международная группа исследователей во главе с Тао Жангом (Tao Zhang) из Геномного Института Сингапура (Genome Institute of Singapore): в кишечнике человека они обнаружили большое и разнообразное сообщество вирусов – возбудителей болезней растений. Всего из отфильтрованного раствора человеческих фекалий было выделено около 33 000 опознаваемых нуклеотидных последовательностей, из которых 75% оказались вирусными. К большому удивлению исследователей, только 3% обнаруженных вирусных последовательностей оказались сходными с известными вирусами животных, остальные 97% принадлежали растительным вирусам. Удалось «опознать» 35 видов растительных вирусов, в том числе 24 вида, заражающие сельскохозяйственные растения (в первую очередь фрукты и овощи).
Самым массовым растительным вирусом в человеческом кишечнике оказался вирус мозаики перца (PMMV), который портит внешний вид многих сортов сладкого и острого перца, однако не настолько, чтобы пораженные им овощи не попадали в продажу. По-видимому, растительные вирусы не только выживают в кишечнике человека, но и активно размножаются там. Как им это удается и какие клетки они используют в качестве «хозяйских» – пока неизвестно.
Самое удивительное, что человек, по всей видимости, может выступать в роли переносчика растительных инфекций. Выделенные из человеческих фекалий вирусы PMMV полностью сохранили способность инфицировать растения. Очевидно, заражать растения вирусными инфекциями способны не только люди, но и другие млекопитающие. Это открытие может иметь большое значение для растениеводства. Подумать только: навоз, издавна используемый в качестве удобрения, может оказаться для растений источником опасных инфекций!

Источники:

http://www.sciencemag.org

http://biology.plosjournals.org

http://elementy.ru