Najnowsze badania opublikowane w "Nature Communications" przez zespół Wang, Zhang, Anantharaman i współpracowników rzucają nowe światło na złożone dynamiki między wirusami a ich żywicielami w ekosystemach słodkowodnych. Wykorzystując zaawansowane techniki metagenomiczne, naukowcy zbadali, w jaki sposób jednoczesne stresory środowiskowe, takie jak zanieczyszczenie składnikami odżywczymi i wahania temperatury, wpływają na interakcje wirus-żywiciel w sieciach pokarmowych wód słodkich.
Odkrycia te podkreślają delikatną równowagę podtrzymującą te interakcje i wskazują na potencjalne kaskadowe skutki stresorów środowiskowych dla bioróżnorodności i funkcjonowania ekosystemów słodkowodnych. Ekosystemy te, kluczowe dla globalnej bioróżnorodności i utrzymania milionów ludzi, są coraz bardziej zagrożone przez wielorakie stresory, w tym zanieczyszczenie składnikami odżywczymi, zmiany temperatury i zanieczyszczenia toksyczne. Wirusy odgrywają fundamentalną rolę w regulacji populacji drobnoustrojów i napędzaniu cykli biogeochemicznych w tych środowiskach. Zrozumienie, w jaki sposób połączone naciski środowiskowe modyfikują interakcje wirus-żywiciel, jest niezbędne do przewidywania reakcji ekosystemów na zmiany środowiskowe.
Naukowcy przeprowadzili kontrolowane eksperymenty z mezokosmosami słodkowodnymi, aby zasymulować różne stresory ekologiczne i ich wpływ na społeczności wirusowe i mikrobiologiczne. Analizując DNA z różnych poziomów troficznych w tych mezokosmosach, z bezprecedensową rozdzielczością zidentyfikowali genomy wirusów i ich powiązanych żywicieli bakteryjnych i mikrobiologicznych eukariotycznych. To podejście metagenomiczne ujawniło znaczące zmiany w składzie społeczności wirusowych i wzorcach łączności żywicieli pod wpływem zakłóceń środowiskowych.
Jednym z najbardziej uderzających wyników było rozdrobnienie sieci interakcji wirus-żywiciel pod wpływem wielu stresorów. Zazwyczaj wirusy wykazują wysoce specyficzne relacje ze swoimi gospodarzami mikrobiologicznymi, często kontrolując ich liczebność i różnorodność poprzez infekcję i lizę. Badanie wykazało, że gdy stresory, takie jak podwyższona temperatura i obciążenie składnikami odżywczymi, występują jednocześnie, te precyzyjnie dostrojone interakcje stają się niestabilne. Presja drapieżnictwa wirusowego osłabła, pozwalając niektórym populacjom drobnoustrojów na niekontrolowane rozmnażanie się, podczas gdy inne się zmniejszały. To zakłócenie ma głębokie implikacje dla obiegu składników odżywczych, ponieważ wirusy pośredniczą w uwalnianiu zawartości komórkowej, która zasila sieci pokarmowe drobnoustrojów.
Odkrycia te podkreślają znaczenie uwzględniania wielu stresorów przy ocenie ryzyka ekologicznego i opracowywaniu strategii ochrony. Wykazanie, że wiele stresorów może synergistycznie pogarszać interakcje wirus-żywiciel, sugeruje, że konwencjonalne oceny oparte na jednym czynniku mogą nie doceniać ryzyka ekologicznego. Skuteczne strategie ochrony będą musiały uwzględniać wieloczynnikowe wpływy stresorów i uznawać fundamentalną rolę, jaką społeczności wirusowe odgrywają w stabilności ekosystemów.
Wzrost temperatury wody, będący konsekwencją zmian klimatycznych, może prowadzić do zmniejszenia ilości rozpuszczonego tlenu w wodzie, co z kolei negatywnie wpływa na życie wodne, w tym ryby, które są wrażliwe na zmiany temperatury i poziomu tlenu. Zanieczyszczenie składnikami odżywczymi, pochodzące głównie z rolnictwa i ścieków, prowadzi do eutrofizacji, czyli nadmiernego wzrostu glonów, które zużywają tlen, tworząc tzw. martwe strefy i prowadząc do utraty bioróżnorodności. Metagenomika, jako technika niezależna od hodowli, umożliwia badanie całych społeczności mikrobiologicznych, w tym wirusów, które są trudne do wyizolowania w laboratorium, co pozwala na głębsze zrozumienie ich roli w ekosystemach.