Los microbios marinos controlan el flujo de materia y energía esenciales para la vida en los océanos. Entre ellos, el grupo bacteriano SAR11 representa aproximadamente un tercio de todas las bacterias que se encuentran en las aguas superficiales del océano.
Un estudio realizado por investigadores del Instituto Max Planck de Microbiología Marina en Bremen, Alemania, revela ahora que en ocasiones casi el 20% de las células SAR11 están infectadas por virus, lo que reduce significativamente el número total de células. Los virus también pueden transformar estas bacterias que alguna vez fueron prósperas en zombis, un fenómeno observado por primera vez y extendido en los océanos. El trabajo está publicado en la revista Nature Communications. .
Las aguas del océano que rodean la isla alemana de Helgoland proporcionan un escenario ideal para estudiar la proliferación de algas primaverales, un foco de investigación en el Instituto Max Planck de Microbiología Marina desde 2009.
En un estudio anterior, los científicos del Max Planck observaron que un grupo de bacterias llamado SAR11 crecía particularmente rápido durante estas floraciones. Sin embargo, a pesar de sus altas tasas de crecimiento, la abundancia de SAR11 disminuyó aproximadamente un 90% en cinco días. Esto sugiere que las células fueron rápidamente diezmadas por depredadores y/o infecciones virales. Ahora, los investigadores del Max Planck han investigado qué se esconde exactamente detrás de este fenómeno.
"Queríamos saber si las bajas cifras de SAR11 se debían a fagos, es decir, virus que infectan específicamente a las bacterias", explica Jan Brüwer, que realizó el estudio en el marco de su tesis doctoral. "Responder a esta pregunta aparentemente sencilla supuso un gran desafío metodológico."
¿Cómo funciona la infección por fagos? Los fagos infectan bacterias introduciendo en ellas su material genético. Una vez allí, se replica y utiliza los ribosomas bacterianos para producir las proteínas que necesita. Los investigadores de Bremen utilizaron una tecnología que les permitió "seguir" el material genético del fago dentro de la célula.
"Podemos teñir los genes de fagos específicos y luego verlos al microscopio. Como también podemos teñir el material genético de SAR11, podemos detectar simultáneamente células SAR11 infectadas con fagos", explica Brüwer.
Si bien esto puede parecer sencillo, el bajo brillo y el pequeño tamaño de los genes de los fagos dificultaron a los investigadores detectarlos. No obstante, se analizaron con éxito miles de imágenes microscópicas, lo que arrojó noticias interesantes.
"Hemos visto que las bacterias SAR11 están bajo un ataque masivo de fagos", dice Brüwer. "Durante los períodos de rápido crecimiento, como los asociados con la proliferación de algas en primavera, casi el 20% de las células estaban infectadas, lo que explica el bajo número de células. Por lo tanto, los fagos son el eslabón perdido que explica este misterio".
Para sorpresa de los científicos, las imágenes revelaron aún más. "Descubrimos que algunas de las células SAR11 infectadas con fagos ya no contenían ribosomas. Estas células probablemente se encuentran en un estado de transición entre la vida y la muerte, por eso las llamamos células 'zombis'", explica Brüwer.
Las células zombis representan un fenómeno novedoso observado no sólo en cultivos puros de SAR11 sino también en muestras recolectadas en Helgoland. Además, el análisis de muestras del Atlántico, el Océano Austral y el Océano Pacífico reveló la presencia de células zombis, lo que indica que este fenómeno ocurre en todo el mundo.
"En nuestro estudio, las células zombis representan hasta el 10% de todas las células del mar. La aparición global de células zombis amplía nuestra comprensión del ciclo de infección viral", subraya Brüwer. "Sospechamos que en las células zombies, los ácidos nucleicos contenidos en los ribosomas se descomponen y reciclan para producir nuevo ADN fago".
Brüwer y sus colegas plantean la hipótesis de que no sólo las bacterias SAR11, sino también otras bacterias, pueden convertirse en zombis. Por ello, quieren investigar más a fondo la distribución de las células zombis y su papel en el ciclo de infección viral.
"Este nuevo hallazgo demuestra que la población de SAR11, a pesar de dividirse tan rápidamente, está controlada y regulada en gran medida por fagos", afirma Brüwer.
"SAR11 es muy importante para los ciclos biogeoquímicos globales, incluido el ciclo del carbono, por lo que se debe redefinir su papel en el océano. Nuestro trabajo destaca el papel de los fagos en el ecosistema marino y la importancia de las interacciones microbianas en el océano".
Más información: Jan D. Brüwer et al, Las infecciones por pelagífagos que ocurren a nivel mundial crean células privadas de ribosomas, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-48172-w
Información de la revista: Comunicaciones sobre la naturaleza
Proporcionado por la Sociedad Max Planck
