Több mint egy kilométer mélyen az óceán fenekén, ásványi anyagokban gazdag tengervízben található, sötét ásványi felhőkben, amiket a hidrotermális források bocsátanak ki, a vírusok és baktériumok láthatatlan hadserege háborúzik egymás ellen.

Ahogy a kalózok csáklyázzák meg a kincsekkel dugig rakott hajókat, úgy fertőzik meg a vírusok a baktérium sejteket is, hogy értékes anyagokhoz jussanak, ami nem más, mint apró, elemi kén gömböcskék, amik a baktérium sejten belül vannak elraktározva. Ám ahelyett, hogy elszöknének a zsákmányukkal, arra kényszerítik a baktériumokat, hogy égessék el az értékes kén tartalékaikat, hogy  a felszabaduló energiát a vírus a replikációjára fordítsa.

"Az eredményeink azt mutatják, hogy az óceánok mélyén a vírusok indirekt úton jutnak hozzá az óriási mennyiségű energiához, ami ott lent elemi kén formájában található" - mondja Gregory Dick, a University of Michigan tenger-mikrobiológusa és oceanográfusa, akinek a csoportja gyűjtötte a DNS mintákat a Kaliforniai-öböl és a Csendes-óceán nyugati mélytengeri, hidrotermális forrásaiból. "Azt gyanítjuk, hogy a vírusok lényegében eltérítik a baktérium sejteket és arra ösztönzik őket, hogy használják fel az elemi ként, hogy így a vírusok képesek legyenek szaporodni" - magyarázza Karthik Anantharaman a University of Michigan kutatója, Science Express hasábjain megjelent cikk szerzője.

Hasonló mikrobiológiai jelenséget már megfigyeltek az óceán sekély vizében a fotoszintetizáló baktériumok és a vírusok között is, de elsőként most jegyezték le ezt a fajta mikrobiológiai interakciót kemoszintetizáló rendszerben, ahol a mikrobák egyedül az anorganikus vegyületekre hagyatkozhatnak a napenergia helyett, mint egyedüli energiaforrásra. "A vírusoknak kardinális szerepük van a sekély óceánok bio-geo-kémiai folyamataiban, és hasonlóan fontos szerepük lehet a mélytengeri forrásoknál is."- állítja David Garrison, a National Science Foundation's (NSF) Division of Ocean Sciences igazgatója.

Az eredmények azt sugallják, hogy a vírusok fontos elemei a hőforrások körül kialakult virágzó ökoszisztémának, aminek tagjai többek között az egzotikus akár 2 méter hosszú csőféreg (Riftia pachyptila) is. "Továbbá az eredmények arra is utalnak, hogy a vírusok evolúciós "ügynökként" is tevékenykednek ebben a kemoszintetizáló rendszerben, úgy hogy kicserélik a géneket a baktériumok között”- magyarázza Dick. "Ők a genetikai diverzitás rezervoárjaként is funkcionálhatnak, ami segíti a baktériumok evolúcióját."

A kutatók vízmintákat gyűjtöttek a nyugat csendes-óceáni Eastern Lau Spreading Center-ből és a Kaliforniai-öbölben található Guaymas Basin-ból. A mintákat kb. 2000 méter mélyről gyűjtötték, a mélytengeri források mellől, ahol az ásványi anyagokban gazdag víz hőmérséklete meghaladta a 260°C-ot. Majd a laboratóriumban a kutatók megalkották majdnem a teljes virális és bakteriális genomot a DNS töredékekből, amiket a hat hidrotermális forrásból nyertek.

Ezen kívül a gyakori kénfogyasztó baktérium, az egyes génjét, megtalálták 5 eddig ismeretlen vírusban is. A genetikai adatok arra utalnak, hogy a vírusok az SUP05 baktériumokra vadásznak, ami nem meglepő, mert a vírusa leggyakoribb biológiai entitás az óceánokban és szintén gyakori halálok a tengeri mikroorganizmusok körében. Az igazi meglepetés, teszi hozzá Dick, hogy a virális DNS olyan géneket tartalmaz, amelyek nagyon hasonlítanak az SUP05 baktérium azon génjeihez, amivel a kén vegyületekből nyeri ki az energiát. Ha az eredményeket korábbi tanulmányokkal összevetjük, arra a következtetésre jutunk, hogy a vírusok arra kényszerítik az SUP05 baktériumokat, hogy a vírusból származó és az SUP05 génjéhez hasonlító gént használatával segítsék az elemi kén elraktározását. Ezeket, az SUP05-szerű virális géneket hívjuk kiegészítő anyagcsere géneknek (auxiliary metabolic gen).

"Feltevésünk szerint a vírusok javítják a baktériumok elemi kén fogyasztását, hogy majd ők hasznot húzhassanak belőlük"- állítja Melissa Duhaime a cikk másik szerzője. „A felpörgetett anyagcsere reakciók által kibocsátott energiát a vírusok saját maguk sokszorosítására fordíthatják. De hogyan kerültek az SUP05-szerű gének egy vírusba? A kutatók erre a kérdésre nem tudnak biztos választ adni, az lehetséges, hogy a vírusok "elragadhatták" géneket az SUP05-től az ősi mikrobiológiai interakciók során. "Úgy néz ki, kellett lennie egy géncserének, melyben a vírusok is érintettek voltak, mint evolúciós ügynökök" - teszi hozzá Dick.

Minden ismert életformának szüksége van szén- és energiaforrásra. Az energia irányítja a kémiai reakciókat, amelyek összeállítják a celluláris komponenseket az egyszerű szénvegyületekből. A Föld felszínén a napfény adja az energiát, amivel a növények kivonják a szén-dioxidot a légkörből és cukor, illetve más szerves molekulákat építenek fel a fotoszintézis folyamatában. Ám az óceánok mélyére nem érnek le a napsugarak, így a baktériumoknak más, alternatív energiaforrásra kell támaszkodniuk, ők a fotoszintézis helyett, a kemoszintézistől függnek. Szerves vegyületek előállításához az energiát anorganikus kémiai reakciókból kell nyerniük, jelen esetben a reakciókban kén vegyületek vesznek részt. A kén volt az első energiaforrás, amit a baktériumok megtanultak felhasználni a Föld fiatal korában és ez meg is maradt a hajtóereje a mélytengeri források körül elhelyezkedő, az oxigén szegény holt zónák és a Yellowstone-szerű meleg források ökoszisztémáinak.

Dick szerint az új mikrobiológiai felfedezések segítenek majd megérteni, hogyan függ össze a tengeri bio-, geokémiai körforgás, beleértve a kén körforgását is, és a globális környezeti változások, mint például a holt zónák folyamatos térnyerése. Az SUP05 baktérium, amely köztudottan az üvegházhatásért is felelős dinitrogén-oxid termelésért is felelős, valószínűleg jobban el fog szaporodni, mint ahogy az oxigén szegény zónák is növekednek az óceánokban. 

2014. május 11.

Forrás és kép: Science Daily

Dr. Wlasitsch Mirkó