Każdej wiosny, gdy po miesiącach ciemności wschodzi słońce w Arktyce, życie powraca. Niedźwiedzie polarne wychodzą ze swoich zimowych legowisk, rybitwa popielata szybuje z długiej podróży na południe, a piżmowoły brodzą na północ.
Ale nie tylko zwierzęta budzą się do życia dzięki wiosennemu słońcu. Glony leżące uśpione na lodzie zaczynają kwitnąć wiosną, zaciemniając duże obszary lodu.
Kiedy lód czernieje, jego zdolność do odbijania światła słonecznego maleje, co przyspiesza topnienie lodu. Zwiększone topnienie pogarsza globalne ocieplenie.
Być może jednak badacze znaleźli sposób na kontrolowanie wzrostu glonów śnieżnych i być może w dłuższej perspektywie ograniczą topnienie części lodu. Żyjąc na lodzie obok glonów, postdoktorantka Laura Perini z Wydziału Nauk o Środowisku Uniwersytetu w Aarhus wraz ze współpracownikami znalazła gigantyczne wirusy.
Podejrzewa, że wirusy żywią się glonami śnieżnymi i mogą działać jako naturalny mechanizm kontroli zakwitów glonów.
„Niewiele wiemy o wirusach, ale myślę, że mogą być przydatne jako sposób na łagodzenie topnienia lodu spowodowanego zakwitami glonów. Jak specyficzne są i jak skuteczne byłyby, jeszcze nie wiemy. Ale przez Badając je bliżej, mamy nadzieję odpowiedzieć na niektóre z tych pytań” – mówi.
Większy niż bakterie
Wirusy są zwykle znacznie mniejsze niż bakterie. Zwykłe wirusy mierzą wielkość 20–200 nanometrów, podczas gdy typowa bakteria ma wielkość 2–3 mikrometrów. Innymi słowy, normalny wirus jest około 1000 razy mniejszy niż bakteria.
Nie dotyczy to jednak gigantycznych wirusów.
Gigantyczne wirusy osiągają wielkość 2,5 mikrometra. To więcej niż większość bakterii.
Ale gigantyczne wirusy są nie tylko większe. Ich genom jest znacznie większy niż w przypadku zwykłych wirusów. Bakteriofagi – bakterie zakażające wirusy – mają w swoim genomie od 100 000 do 200 000 liter. Gigantycznych wirusów jest około 2 500 000.
Nigdy wcześniej nie znaleziono go na lodzie
Gigantyczne wirusy odkryto po raz pierwszy w 1981 roku, kiedy naukowcy znaleźli je w oceanie. Wirusy te wyspecjalizowały się w zakażaniu zielonych glonów w morzu. Później gigantyczne wirusy znaleziono w glebie na lądzie, a nawet u ludzi.
Jednak po raz pierwszy odkryto gigantyczne wirusy żyjące na powierzchni lodu i śniegu zdominowanych przez mikroalgi, wyjaśnia Laura Perini.
„Przeanalizowaliśmy próbki ciemnego lodu, czerwonego śniegu i dziur topniejących (kriokonit). Zarówno w ciemnym lodzie, jak i w czerwonym śniegu znaleźliśmy sygnatury aktywnych gigantycznych wirusów. Po raz pierwszy odkryto je na powierzchni lodu i śniegu zawierającego duża zawartość pigmentowanych mikroalg.
„Kilka lat temu wszyscy uważali tę część świata za jałową i pozbawioną życia. Jednak dziś wiemy, że żyje tam kilka mikroorganizmów, w tym gigantyczne wirusy”.
„Glony otacza cały ekosystem. Oprócz bakterii, grzybów nitkowatych i drożdży, glony zjadają protisty, różne gatunki grzybów je pasożytujących oraz gigantyczne wirusy, które znaleźliśmy, które je infekują.
„Aby zrozumieć biologiczne mechanizmy kontrolne działające na zakwity glonów, musimy przestudiować te trzy ostatnie grupy”.
Nie widziałem ich gołym okiem
Mimo że wirusy są ogromne, nie można ich zobaczyć gołym okiem. Laura Perini nie widziała ich jeszcze nawet pod mikroskopem świetlnym. Ma jednak nadzieję, że uda jej się to zrobić w przyszłości.
„Wirusy odkryliśmy poprzez analizę całego DNA w pobranych próbkach. Przeszukując ten ogromny zbiór danych w poszukiwaniu specyficznych genów markerowych, znaleźliśmy sekwencje, które wykazują duże podobieństwo do znanych gigantycznych wirusów” – wyjaśnia.
Aby mieć pewność, że wirusowe DNA nie pochodzi od dawno martwych mikroorganizmów, ale od żywych i aktywnych wirusów, z próbki pobrano również całe mRNA.
Kiedy sekwencje DNA tworzące geny ulegają aktywacji, ulegają transkrypcji na jednoniciowe fragmenty zwane mRNA. Elementy te służą jako recepty na budowanie białek potrzebnych wirusowi. Jeśli są obecne, wirus żyje.
„W całkowitym mRNA zsekwencjonowanym z próbek znaleźliśmy te same markery, co w całkowitym DNA, więc wiemy, że uległy transkrypcji. Oznacza to, że wirusy żyją i są aktywne na lodzie” – mówi.
DNA i RNA w wirusach
W centrum gigantycznych wirusów znajduje się skupisko DNA. To DNA zawiera całą informację genetyczną lub przepisy potrzebne do wytworzenia białek – związków chemicznych, które wykonują większość pracy w wirusie.
Aby jednak wykorzystać te receptury, wirus musi dokonać ich transkrypcji z dwuniciowego DNA na jednoniciowy mRNA.
Zwykłe wirusy nie mogą tego zrobić. Zamiast tego mają nici RNA unoszące się w komórce i czekające na aktywację, gdy wirus infekuje organizm i przejmuje jego komórkowe urządzenia produkcyjne.
Gigantyczne wirusy potrafią to zrobić same, co bardzo różni się od zwykłych wirusów.
Podczas gdy w próbkach można znaleźć DNA martwych wirusów, mRNA rozkłada się znacznie szybciej. mRNA jest zatem ważnym markerem aktywności wirusa. Innymi słowy, receptury mRNA niektórych białek pokazują, że wirusy żyją i mają się dobrze.
Nie jestem pewien, jak dokładnie działają
Ponieważ gigantyczne wirusy są stosunkowo nowym odkryciem, niewiele o nich wiadomo. W przeciwieństwie do większości innych wirusów, mają one wiele aktywnych genów, które umożliwiają im naprawę, replikację, transkrypcję i translację DNA.
Ale dlaczego tak jest i dokładnie do czego go używają, nie wiadomo.
„Nie możemy dokładnie powiązać, które gospodarze infekują gigantyczne wirusy. Niektóre z nich mogą infekować protisty, podczas gdy inne atakują algi śnieżne. Po prostu nie możemy być jeszcze pewni” – mówi Laura Perini.
Ciężko pracuje, aby dowiedzieć się więcej na temat gigantycznych wirusów i wkrótce ukaże się więcej badań.
„Badamy gigantyczne wirusy, aby dowiedzieć się więcej o ich interakcjach i jaka jest dokładnie ich rola w ekosystemie. Jeszcze w tym roku opublikujemy kolejny artykuł naukowy zawierający więcej informacji na temat gigantycznych wirusów infekujących hodowane mikroalgi rosnące na powierzchni lodu pokrywy lodowej Grenlandii” – podsumowuje.