Metoda jednokomórkowa rzuca nowe światło na infekcje wirusowe
Fitoplankton, czyli jednokomórkowe mikroglony, odgrywa nieocenioną rolę w procesie fotosyntezy, w ramach którego rośliny pobierają życiodajny dwutlenek węgla. Według dostępnych danych połowa procesów fotosyntezy zachodzących na naszej planecie ma miejsce na morzach i w oceanach. Jak wyjaśnia Assaf Vardi, koordynator projektu Virocellsphere: „Węgiel jest magazynowany w zakwitach glonów, które mogą rozciągać się na obszarach obejmujących tysiące kilometrów, a pojedyncza kropla wody morskiej pobranej z takiego obszaru może zawierać tysiące organizmów jednokomórkowych”. Zakwity te często padają ofiarami gigantycznych wirusów i wymierają w ciągu tygodnia, uwalniając ogromne ilości węgla organicznego, siarki i innych cząsteczek. Proces ten stanowi niezwykle ważny element morskiego łańcucha pokarmowego i jest kluczem do utrzymania życia. „Dotychczasowe próby naukowego zrozumienia tego procesu koncentrowały się przede wszystkim na kwantyfikacji ilości wirusów oraz ich różnorodności”, twierdzi Vardi. „Nie skupiają się w pełni na obserwacji inwazji wirusów w akcji”.
Interakcje między wirusem i nosicielem
Vardi, który jest profesorem Wydziału Nauk o Roślinach i Środowisku w Instytucie Naukowym Weizmanna w Izraelu, chciał przyjrzeć się bliżej interakcjom zachodzącym pomiędzy wirusem i nosicielami. Jego celem było zbadanie nie tylko zdarzeń zachodzących na poziomie pojedynczej komórki, kiedy wnika do niej wirus, ale także tego, co dzieje się w skali zakwitów fitoplanktonu w kontekście interakcji między wirusem i nosicielem. „Wszyscy członkowie mojego zespołu laboratoryjnego są w głębi serca ekologami morskimi, nie inaczej jest zresztą w moim przypadku”, dodaje badacz. „W praktyce zajmujemy się jednak badaniem biologii komórek. Zawsze chciałem połączyć te dwie dziedziny nauki”. W tym celu Vardi opracował metody ilościowego określania i wybierania konkretnych zakażonych komórek. Dzięki temu jego laboratorium mogło zbadać interakcje na poziomie wewnątrzkomórkowym. Następnym krokiem badacza było rozszerzenie skali badania, aby w ten sposób zweryfikować, czy zakażone komórki uwalniają cząsteczki sygnalizacyjne w celu obrony przed infekcją lub jej dalszego rozpowszechniania. W tym celu zastosował opracowane w laboratorium techniki jednokomórkowe w połączeniu z analizami chemicznymi, które pozwoliły mu na mapowanie metabolitów – niewielkich cząsteczek uwalnianych w czasie zakażenia.
Wiadomość w butelce
„Naszym celem było znalezienie konkretnego gigantycznego wirusa, który zabijał zakwit naszych modelowych gatunków glonów”, opowiada badacz. „Wraz z dr Florą Vincent, badaczką w laboratorium Vardiego, odkryliśmy, że wirus skutecznie zakaził zaledwie jedną trzecią populacji glonów. Powstało pytanie – co spowodowało w takim razie zsynchronizowane załamanie całego zakwitu fitoplanktonu?”. We współpracy z Daniellą Schatz Vardi odkrył, że komórki glonów zakażone przez wirusy uwalniały tak zwane pęcherzyki będące swoistymi „wiadomościami w butelkach”, zawierające niewielkie cząsteczki RNA, które są w stanie przygotować niezainfekowane komórki na inwazję wirusów. To odkrycie może stanowić wyjaśnienie wrażenia zsynchronizowanego załamania zakwitów fitoplanktonu. „Na początku wydawało nam się, że mamy do czynienia z mechanizmem obronnym”, zauważa badacz. „Dopiero bliższe spojrzenie na to, co działo się wewnątrz komórek, pozwoliło nam dostrzec, jak tak naprawdę wygląda sytuacja”. Dokonane przez badaczy odkrycie stanowi jeden z głównych sukcesów zespołu projektu Virocellsphere związany z rozwojem wiedzy dotyczącej zakażeń wirusowych. Zespołowi Vardiego udało się wykazać, że istnieje możliwość śledzenia konkretnych wirusów w naturalnych warunkach dzięki wykorzystaniu podejścia jednokomórkowego i chemicznego. Opracowane w ramach projektu narzędzia mogą pozwolić naukowcom na dokładniejsze zbadanie wpływu wirusów na środowisko morskie, kształtowanie jego ekologii, procesów ewolucji oraz obiegu głównych składników odżywczych takich jak węgiel czy siarka.
Słowa kluczowe
Virocellsphere, glony, zakwity, wirus, przeciwwirusowy, zakażenie, ewolucja, fitoplankton
