Morski mikrobi kontrolišu protok materije i energije neophodnih za život u okeanima. Među njima, bakterijska grupa SAR11 čini oko trećinu svih bakterija pronađenih u površinskim vodama okeana.
Studija istraživača sa Instituta Maks Plank za morsku mikrobiologiju u Bremenu, Nemačka, sada otkriva da je povremeno skoro 20% ćelija SAR11 zaraženo virusima, što značajno smanjuje ukupan broj ćelija. Virusi takođe mogu da transformišu ove nekada uspešne bakterije u zombije, fenomen koji je primećen prvi put i široko rasprostranjen u okeanima. Rad je objavljen u časopisu Nature Communications.
Okeanske vode koje okružuju nemačko ostrvo Helgoland pružaju idealno okruženje za proučavanje cvetanja prolećnih algi, što je fokus istraživanja na Institutu Maks Plank za morsku mikrobiologiju od 2009. godine.
U prethodnoj studiji, naučnici Maks Planka primetili su grupu bakterija pod nazivom SAR11 kako raste posebno brzo tokom ovog cvetanja. Međutim, uprkos visokim stopama rasta, obilje SAR11 se smanjilo za otprilike 90% tokom pet dana. Ovo sugeriše da su ćelije brzo desetkovane predatorima i/ili virusnim infekcijama. Sada su istraživači Maksa Planka istražili šta se tačno krije iza ovog fenomena.
„Želeli smo da saznamo da li su mali broj SAR11 izazvan fagima, odnosno virusima koji specifično inficiraju bakterije“, objašnjava Jan Bruver, koji je sproveo studiju u okviru svoje doktorske teze. „Odgovor na ovo naizgled jednostavno pitanje bio je metodološki veoma izazovan.
Kako funkcioniše infekcija fagom? Fagi inficiraju bakterije unoseći u njih svoj genetski materijal. Jednom tamo, on se replicira i koristi bakterijske ribozome za proizvodnju proteina koji su mu potrebni. Istraživači iz Bremena su koristili tehnologiju koja im je omogućila da „prate“ genetski materijal faga unutar ćelije.
„Možemo da obojimo specifične gene faga, a zatim ih vidimo pod mikroskopom. Pošto takođe možemo da obojimo genetski materijal SAR11, možemo istovremeno otkriti ćelije SAR11 inficirane fagom“, objašnjava Bruver.
Iako ovo može izgledati jednostavno, niska osvetljenost i mala veličina gena faga činili su izazov za istraživače da ih otkriju. Bez obzira na to, hiljade mikroskopskih slika su uspešno analizirane, donoseći neke uzbudljive vesti.
„Videli smo da su bakterije SAR11 pod velikim napadom faga“, kaže Bruver. „Tokom perioda brzog rasta, kao što su oni povezani sa cvetanjem prolećnih algi, skoro 20% ćelija je bilo zaraženo, što objašnjava nizak broj ćelija. Dakle, fagi su karika koja nedostaje koja objašnjava ovu misteriju.“
Na iznenađenje naučnika, slike su otkrile još više. „Otkrili smo da neke od ćelija SAR11 inficiranih fagom više ne sadrže ribozome. Ove ćelije su verovatno u prelaznom stanju između života i smrti, pa smo ih nazvali „zombi“ ćelije“, objašnjava Bruver.
Ćelije zombija predstavljaju novi fenomen primećen ne samo u čistim kulturama SAR11, već iu uzorcima sakupljenim kod Helgolanda. Štaviše, analiza uzoraka iz Atlantskog, Južnog okeana i Tihog okeana otkrila je prisustvo zombi ćelija, što ukazuje da se ovaj fenomen javlja širom sveta.
„U našoj studiji, zombi ćelije čine do 10% svih ćelija u moru. Globalna pojava zombi ćelija proširuje naše razumevanje ciklusa virusne infekcije“, naglašava Bruver. „Sumnjamo da se u zombi ćelijama nukleinske kiseline sadržane u ribozomima razgrađuju i recikliraju da bi se napravila nova DNK faga.
Bruver i njegove kolege pretpostavljaju da se ne samo bakterije SAR11, već i druge bakterije mogu pretvoriti u zombije. Stoga žele dalje da istraže distribuciju zombi ćelija i njihovu ulogu u ciklusu virusne infekcije.
„Ovo novo otkriće dokazuje da je populacija SAR11, uprkos tako brzoj podeli, masovno kontrolisana i regulisana fagima“, kaže Bruver.
„SAR11 je veoma važan za globalne biogeohemijske cikluse, uključujući ciklus ugljenika, stoga njihova uloga u okeanu mora biti redefinisana. Naš rad naglašava ulogu faga u morskom ekosistemu i važnost mikrobnih interakcija u okeanu.“
