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Wissenschaftler zeigen ein neues Bild von der Rolle von Viren im Meer
Viren sind hauptsächlich als Erreger von Krankheiten bekannt. Wissenschaftler des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel zeigen jetzt in Zusammenarbeit mit anderen deutschen und internationalen Kooperationspartnern, wie Viren auch die Ökologie einzelliger Meeresräuber beeinflussen. Dies wirft ein neues Licht auf die Rolle von Viren in den Ökosystemen der Ozeane.
Die Ozeane beherbergen nicht nur große Raubtiere wie etwa Haie. Auch im Reich der Mikroorganismen ernähren sich einige Arten von anderen Lebewesen. Kragengeißeltierchen, in der Fachsprache Choanoflagellaten genannt, gehören zu diesen einzelligen Räubern. Sie sind im Meer weit verbreitet und fressen Bakterien und Kleinalgen. Choanoflagellaten gelten als die nächsten lebenden einzelligen Verwandten von Tieren und können in einen mehrzelligen Zustand übergehen. Aus diesem Grund werden sie intensiv erforscht, um zu verstehen, wie vielzellige Organismen – zu denen auch der Mensch gehört – entstanden sind.
Unter der Leitung von Professorin Alexandra Z. Worden (GEOMAR/Monterey Bay Aquarium Research Institute, MBARI, USA) hat ein Team von Wissenschaftlern nun erste Erkenntnisse über die Interaktion von Choanoflagellaten und Viren gewonnen. In einer mehrjährigen Anstrengung gelang es dem Team, das Genom eines Riesenvirus in den einzelligen Räubern nachzuweisen. Das Genom der Viren hatte eine Größe und eine Genzahl, die mit dem kleiner Bakterien vergleichbar ist. Noch überraschender waren aber die vielen Funktionen, die das Genom kodiert. Die Studie wurde jetzt in der internationalen Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences USA veröffentlicht.
Für die Studie fuhren die Wissenschaftler immer wieder mit Hightech-Instrumenten zur See, um alle räuberischen Einzeller im Wasser mit einem lasergestützten Visualisierungssystem zu erfassen. Dann trennten sie diese Zellen einzeln von anderen Mikroben. „Jede einzelne Räuberzelle aus der freien Wildbahn wurde anschließend sequenziert. In einer Probe aus dem Pazifischen Ozean dominierte eine unkultivierte Art von Choanoflagellaten“, erklärt Professorin Worden.
In diesen Zellen fand Dr. David Needham, Erstautor der Studie, die Genomsequenz eines Riesenvirus. Er konnte zeigen, dass das Virus Gene für mikrobielle Rhodopsinproteine und dazugehörige Pigmente kodiert. Diese Zusammensetzung von Genen ist bei Viren noch nie nachgewiesen worden. Andere Arten von Rhodopsinproteinen sind als Pigmente in den Augen vieler Tiere für die Wahrnehmung von Licht verantwortlich.
Parallel zu den Untersuchungen des Genoms, der Evolutionsbiologie und der Verbreitung des Virus analysierten Teams an der Universität Tokio, dem RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research und anderen japanischen Institutionen die Kristallstruktur des Proteins und zeigten, dass es als lichtgesteuerte Protonenpumpe funktioniert.
„Die Arbeiten belegen, dass die Choanoflagellaten, die sich sonst räuberisch von anderen Organismen ernähren, auch das Sonnenlicht als Energiequelle nutzen, wenn sie mit dem Virus infiziert sind“, betont Professor Worden. Die Forschenden erweiterten auch das Wissen über die Verteilung dieser Gene in Riesenviren in den Ozeanen – und zeigten, dass die Rhodopsinproteine in eukaryotischen Zellen wahrscheinlich viele spezialisierte Rollen haben. Noch nicht geklärt ist die genaue Rolle des Virus in der Wirtszelle. „Ist es für die Energieübertragung? Oder eine neue Lichtsensorik, die vielleicht Motilität oder andere Verhaltensweisen fördert?", fasst Professorin Worden diese wichtigen offenen Fragen zusammen.
Weitere Infos: https://www.geomar.de.
Link zur Studie: https://doi.org/10.1073/pnas.1907517116