Hace cuatro años, los científicos hicieron un sorprendente descubrimiento de laboratorio sobre bacterias oceánicas que estaban infectadas por dos virus diferentes:las infecciones dieron como resultado dos virocélulas muy diferentes cuyas funciones estaban gobernadas totalmente por necesidades virales en lugar de por sus orígenes bacterianos.

"Así que están operando de manera diferente a pesar de que era la misma célula madre. La misma entidad se convirtió en dos entidades diferentes de dos virus diferentes", dijo Cristina Howard-Varona, científica investigadora en microbiología de la Universidad Estatal de Ohio y la primera autor del estudio. "Esto es fascinante, porque las infecciones virales ocurren todo el tiempo".

El hallazgo se realizó en condiciones experimentales consideradas mejores para observar un fenómeno previamente desconocido, que incluía altos niveles del nutriente fosfato en el agua. Howard-Varona y sus colegas han repetido el trabajo en un nuevo estudio bajo condiciones bajas en fosfato más similares al mundo natural, donde zonas del océano carecen de nutrientes.

Descubrieron que estas condiciones del mundo real marcaban una enorme diferencia en cómo la infección viral afectaba a la bacteria huésped, hasta el punto de que los dos tipos de células infectadas se representan en el artículo como un diagrama de Venn para mostrar las funciones y características que comparten solas o separadas. en combinación como resultado de su entorno bajo en nutrientes.

El estudio fue publicado recientemente en The ISME Journal .

El objetivo de los nuevos hallazgos no es solo cómo se comportan las dos virocélulas individualmente en un área del océano con bajo contenido de fosfato, sino también cuánto impacto tiene el medio ambiente en el evento rutinario de que los virus infecten bacterias.

"Cuando se agota un solo nutriente, se produce un impacto drástico:cambia el panorama de la infección aunque se trate de la misma célula y los mismos virus que en el estudio anterior", afirmó Howard-Varona.

"Entonces, ¿qué pasaría si lo privamos aún más de hambre o si agotamos un nutriente diferente? Esto nos dice que será muy importante estudiar las células y virocélulas en condiciones de nutrientes que se parezcan más a las que encuentran en la naturaleza".

La investigación tiene potencial para mejorar el modelado a gran escala de los sistemas microbianos oceánicos, que hasta la fecha tienden a carecer del componente virocélula, afirmó Matthew Sullivan, coautor principal de ambos estudios y profesor de microbiología en el estado de Ohio.

"Si vamos a predecir cómo los organismos contribuyen a la geoquímica del océano, necesitamos saber cómo interactúan las poblaciones de células, cómo obtienen nutrientes del medio ambiente y cómo eso cambia la composición de la materia orgánica que forma las células, y cómo todo en conjunto contribuye al clima. y a la respuesta de los océanos al cambio climático", afirmó Sullivan, también profesor de ingeniería civil, ambiental y geodésica y director fundador del Centro de Ciencias del Microbioma del Estado de Ohio.

"Lo mismo se aplica al modelado de microbios en suelos, que tampoco tienen un entorno rico en nutrientes y donde sabemos muy poco sobre las virocélulas y cómo contribuyen a la salud de las raíces y los cultivos".

En el nuevo estudio, los investigadores descubrieron que los dos virus infectantes ejercían mucho control sobre las funciones que dominaban las dos virocélulas resultantes.

Los virus, llamados fagos, fueron seleccionados por sus cualidades muy diferentes:uno es muy similar genómicamente a la bacteria huésped, por lo que se centró en reciclar los recursos existentes, y el otro, menos similar, tuvo que trabajar más duro para generar recursos. En ambos casos, el objetivo es acceder a la energía y maximizar la producción de copias virales y, finalmente, matar al huésped.

"Pero esas diferencias se redujeron en el ambiente bajo en fosfato, por lo que son menos importantes, lo que sugiere que el ambiente puede tener un efecto más fuerte que los virus infectantes sobre el comportamiento de las virocélulas", dijo Howard-Varona.

Y luego hubo actividades comunes a ambas virocélulas en respuesta a la inanición:activar una respuesta de estrés en toda la célula, obtener energía al metabolizar grasas en lugar de carbohidratos y reducir la cantidad de materia orgánica que consumen del medio ambiente.

"Cada célula del mundo necesita fosfato para producir ADN y energía, por lo que sin él no hay vida, función ni metabolismo", dijo Howard-Varona. "Y lo que hemos demostrado es que en estas condiciones, las virocélulas tienen puntos en común. Sienten la limitación de nutrientes y se comportan de manera más similar que cuando crecían en un ambiente rico en nutrientes.

"El medio ambiente es muy importante para las infecciones virales, y como puedes imaginar, esto es cierto para todos los entornos".

Los investigadores aplicarán gran parte de lo que han aprendido del entorno marino a los estudios de las virocélulas del suelo.

Los coautores incluyen a Azriel Krongauz, Natalie Solonenko, Ahmed Zayed y Subhadeep Paul del estado de Ohio; el coautor Morgan Lindback y la coautora principal Melissa Duhaime de la Universidad de Michigan; Jane Fudyma y Malak Tfaily de la Universidad de Arizona; William Andreopoulos y Tijana Glavina del Río del DOE; y Heather Olson, Young-Mo Kim, Jennifer Kyle y Joshua Adkins del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico.