L’attaque sur 2 fronts conduit les bactéries océaniques à nécessiter une augmentation du carbone –


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  • Les types de bactéries océaniques connues pour absorber le dioxyde de carbone de l’air nécessitent plus d’énergie – sous forme de carbone – et d’autres ressources lorsqu’elles sont simultanément infectées par des virus et font face à des attaques de prédateurs proches, selon de nouvelles recherches.

    Les virus sont abondants dans l’océan, et la recherche suggère maintenant que les virus marins ont des fonctions bénéfiques, notamment en aidant à conduire le carbone absorbé de l’atmosphère vers un stockage permanent au fond de l’océan. Lorsque des virus infectent d’autres microbes dans cet environnement (et n’importe où, en fait), l’interaction entraîne la création d’organismes entièrement nouveaux appelés « virocellules ».

    Dans cette nouvelle étude, les chercheurs ont travaillé avec des cyanovirocellules – des cyanobactéries qui absorbent le carbone et libèrent de l’oxygène par photosynthèse qui ont été infectées par des virus. L’analyse des changements dans l’activation et le métabolisme des gènes des bactéries infectées dans des conditions de laboratoire conçues pour imiter la nature laisse entrevoir une possibilité intrigante : la double menace d’infection virale et de dérive parmi les microbes prédateurs affamés pourrait conduire les cyanovirocellules à absorber plus de carbone.

    « Plus d’énergie pour ces organismes signifie probablement plus de CO2 fixation, donc je suppose que le naufrage du carbone et la séquestration du carbone de l’atmosphère sont plus importants en raison de l’interaction entre les prédateurs, les bactéries photosynthétiques et les virus », a déclaré Cristina Howard-Varona, première auteure de l’étude et chercheuse en microbiologie à l’Ohio. Université d’État.

    L’étude a été publiée en ligne récemment dans la revue Communications ISME.

    Ce travail marque la première fois que des chercheurs observent ces bactéries alors qu’elles sont simultanément infectées par des virus et flottant en présence d’organismes, appelés protistes, qui les mangent.

    « L’océan couvre 70% de notre planète et nous protège contre le changement climatique – et sous la surface, il y a toutes ces interactions complexes que nous connaissons si peu », a déclaré Matthew Sullivan, co-auteur principal de l’étude et professeur. de microbiologie à Ohio State.

    « Ce que nous avons appris, c’est que ces bactéries photosynthétiques, qui sont l’acteur le plus important du changement climatique dans les océans, ne vivent pas seulement leur propre vie. Elles sont attaquées par des organismes plus gros qui les mangent et des « organismes » beaucoup plus petits. – les virus qui les infectent », a déclaré Sullivan. « Ce qui est si intéressant, c’est que l’infection virale transforme complètement un organisme unicellulaire en ces virocellules, et nous commençons à peine à comprendre comment les virocellules contribuent aux cycles marins et affectent le changement climatique. »

    L’équipe de recherche a créé des conditions semblables à celles de l’océan en combinant Synechococcus des cyanobactéries, des virus et un protiste appelé Port de plaisance d’Oxyrrhis dans l’eau de mer pour créer des cyanovirocellules qui ont ensuite été attaquées par le prédateur protiste. Ils ont ensuite comparé l’expression génique des bactéries infectées et les changements métaboliques observés dans ces conditions à trois témoins : bactéries non infectées seules, cyanovirocellules seules et bactéries non infectées en présence de protistes.

    En utilisant une variété de techniques de calcul, les chercheurs ont observé des différences significatives dans l’expression des gènes des bactéries infectées et les molécules liées au métabolisme lorsque les prédateurs protistes ont été introduits dans l’environnement marin – et ont noté que certains de ces changements étaient attribués au virus infectant à l’intérieur. la cellule, suggérant que la présence du protiste pourrait être détectée par la cyanovirocellule.

    « L’entité qui sort de l’infection virale – la cyanovirocellule – a un métabolisme et une durée de vie complètement différents, et elle se soucie de différentes fonctions », a déclaré Howard-Varona. « Et en présence du plus grand protiste, ces virocellules nécessitent plus de ressources et plus d’énergie pour survivre. Vous devez voir les trois joueurs en même temps pour voir l’augmentation de la demande énergétique.

    « Dans ce cadre, le virus a besoin de plus d’énergie pour créer plus de copies de lui-même – mais où l’obtient-il ? Il fixe le carbone, qui est converti en sucres, et les sucres sont brûlés en tant qu’énergie. »

    Les cyanovirocellules libéraient également dans l’eau des nutriments liés au métabolisme, qui étaient mangés par les protistes – des observations qui n’avaient jamais été faites auparavant.

    Les microbes dans l’océan absorbent la moitié du dioxyde de carbone généré par l’homme dans l’atmosphère et produisent la moitié de l’oxygène que nous respirons – mais il reste encore beaucoup à apprendre sur tous les facteurs écosystémiques en jeu dans ce processus.

    « Ce travail représente des données de base qui sont importantes pour approfondir notre compréhension du fonctionnement du cycle du carbone dans les océans et du rôle que jouent les virus », a déclaré Sullivan, également professeur de génie civil, environnemental et géodésique et directeur fondateur de l’Ohio State’s Center. de la science du microbiome.

    La recherche a été soutenue par la National Science Foundation, la Fondation Gordon et Betty Moore, une bourse postdoctorale de la Fondation Arnold et Mabel Beckman et le Bureau des sciences du Département américain de l’énergie.

    Sheri Floge de l’Université Wake Forest était co-auteur principal de l’étude. Les co-auteurs supplémentaires incluent Simon Roux de l’Ohio State (maintenant avec le US DOE Joint Genome Institute); Benjamin Bowen, Leslie Silva, Rebecca Lau, Tanja Woyke et Trent Northen du Lawrence Berkeley National Laboratory ; Sarah Schwenck de l’Université de l’Arizona ; et Samuel Schwartz de Wake Forest.

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