Wetenschappers hebben lang geloofd dat oceaanvirussen algen altijd snel doden, maar door Rutgers geleid onderzoek toont aan dat ze in harmonie leven met algen en virussen bieden alleen een "coup de grace" wanneer algenbloei al gestrest en afsterft.

De studie, gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie , zal waarschijnlijk veranderen hoe wetenschappers virale infecties van algen zien, ook bekend als fytoplankton, met name de impact van virussen op ecosysteemprocessen zoals de vorming (en achteruitgang) van algenbloei en de kringloop van koolstof en andere chemicaliën op aarde.

"Pas wanneer de geïnfecteerde algencellen gestrest raken, zoals wanneer ze geen voedingsstoffen meer hebben, dat de virussen dodelijk worden, " zei hoofdauteur Benjamin Knowles, een voormalig postdoctoraal onderzoeker bij de afdeling Mariene en Kustwetenschappen in de School of Environmental and Biological Sciences aan de Rutgers University-New Brunswick, die nu aan de UCLA werkt. Hij was ook een postdoctoraal onderzoeker aan het Rutgers' Institute of Earth, Oceaan, en Atmosferische Wetenschappen. "We zijn van mening dat dit geheel nieuwe infectiemodel wijdverspreid is in de oceanen en fundamenteel zal veranderen hoe we gastheer-virusinteracties en de impact van virussen op ecosystemen en biogeochemische cycli bekijken, omdat het ingaat tegen het lang geaccepteerde klassieke model van virussen altijd dodelijk zijn en cellen doden."

Biogeochemische kringloop verwijst naar essentiële voedingsstoffen zoals koolstof, zuurstof, stikstof, fosfor, calcium, ijzer en water circuleren door organismen en het milieu. De coccolithophore-algen Emiliania huxleyi was de focus van het onderzoek als model voor andere algen-virussystemen en is een centrale aanjager van dit proces.

De wetenschappers bestudeerden virus-algen-interacties in het laboratorium en in gecontroleerde, mini-bloei in de kustwateren van Noorwegen. Ze richtten zich op virale infectie van een vorm van algen die verantwoordelijk is voor het genereren van een groot deel van de zuurstof- en koolstofcycli op aarde. Een groep oceaanvirussen, coccolithovirussen genaamd, infecteert en doodt routinematig E. huxleyi meer dan 1, 000 vierkante mijl, die vanuit de ruimte kan worden bekeken via aardobservatiesatellieten.

De virussen breken uiteindelijk algencellen, bijdragen aan het wereldwijde voedselweb door energie en organische stof beschikbaar te maken voor andere organismen. Maar geïnfecteerde cellen sterven niet meteen af, ontdekten de wetenschappers. In plaats daarvan, geïnfecteerde cellen vermenigvuldigen zich en bloeien over tientallen kilometers oceaanwater en sterven op een gecoördineerde manier. Deze dynamiek is routinematig waargenomen in eerdere studies, maar kon niet worden verklaard door de snelheid waarmee algengastheren en virussen elkaar in de natuur tegenkomen.

"De algen en virussen hebben een quasi-symbiotische soort relatie, waardoor zowel algencellen als virussen een tijdje gelukkig kunnen repliceren, " zei senior auteur Kay D. Bidle, een professor en microbiële oceanograaf bij de afdeling Mariene en Kustwetenschappen in Rutgers-New Brunswick en het Institute of Earth, Oceaan, en Atmosferische Wetenschappen. "We zijn van mening dat deze nieuw ontdekte dynamiek ook van toepassing is op andere interacties tussen virussen en algen over de oceanen en van fundamenteel belang is voor hoe infectie werkt. Door experimentele, theoretische en ecologische benaderingen, ons werk presenteert een sjabloon om dit type infectie in andere systemen te diagnosticeren."

De algen-virusdynamiek heeft belangrijke implicaties voor de uitkomst van infecties en de koolstofstroom en kan leiden tot scenario's waarin koolstofdioxide wordt vastgelegd, of opgeslagen, in de diepe oceaan in plaats van vastgehouden in de bovenste oceaan, zei Bidle. Verder onderzoek is nodig om de omvang van deze dynamiek en hun impact op ecosystemen en de kringloop van koolstof in de oceanen volledig te begrijpen.