Почвенные вирусы путешествуют на крошечных червях, чтобы заразить новых жертв
Вирусы, по-видимому, перемещаются на огромные расстояния в почве, передвигаясь на червях размером с маковое зерно, известных как нематоды, сообщают исследователи в препринте на bioRxiv. Их путешествия могут тянуться всего на несколько сантиметров, но «для людей это было бы похоже на путешествие на тысячи километров», говорит Джон Деннехи, вирусный эколог из колледжа Квинс, который не принимал участия в работе.
Открытие помогает прояснить, как определенный класс вирусов, известных как фаги, заражает отдаленные бактерии, учитывая, что у обоих нет никакого движения. Открытие может привести к новым способам защиты сельскохозяйственных культур и помочь биомедицинским исследователям лучше понять болезни, передающиеся через почву, говорит Молли Мэтти, микробиолог из Университета Портленда, также не участвовавшая в работе.
Деннехи ранее пришел к выводу, что, по крайней мере в искусственных условиях, почвенные фаги могут путешествовать автостопом на нематодах. В 2006 году его команда продемонстрировала, что при добавлении на одну сторону лабораторной чашки вирусы могут заражать бактерии на другой стороне только в том случае, если там также присутствуют нематоды. Он пришел к выводу, что черви съедают бактерии, зараженные фагами, затем переползают на другую сторону чашки и выкапывают фаги, где вирусы могут заразить еще больше бактерий. Но было неясно, происходит ли то же самое в реальном мире.
«Выход за пределы лаборатории представлял собой колоссальные экспериментальные трудности», — вспоминал Деннехи. Поэтому он сдался.
Новая история разворачивается почти 20 лет спустя, когда Лиза ван Слуйс, нематолог из Wageningen University & Research, объединилась с почвенным экологом Кайлом Мейсоном-Джонсом из Нидерландского института экологии. Исследователи повторили эксперимент Деннехи, но на этот раз они наполнили свои тестовые контейнеры компостом или песчаной почвой.
Когда ученые поместили инфицированные и неинфицированные бактерии на расстоянии 2 сантиметров друг от друга в контейнеры, ничего не произошло. Но когда они добавили в смесь обычных почвенных нематод Caenorhabditis elegans или C. remanei , фаги начали убивать бактерии в течение нескольких дней. Каким-то образом вирусы преодолели 2 сантиметра, отделяющие вирусы от их добычи — расстояние примерно в 1 миллион раз больше их собственного размера, говорит Ван Слуйс. «Мы были очень взволнованы».
Как и в эксперименте Деннехи, иногда фаги путешествовали внутри нематоды, которая съела инфицированную бактерию. Но, добавив химическое вещество, которое не позволяло нематодам есть бактерии, исследователи также показали, что часто фаги просто прикреплялись к внешней стороне крошечного червя. (Они подтвердили, что химическое вещество работает, также накормив нематод флуоресцирующими шариками.) Команда предполагает, что фаги или, возможно, бактерии, инфицированные фагом, каким-то образом умудряются прилипать к внешней поверхности червя и переносятся к незараженным бактериям, пока он ползает по почве или компосту.
Это открытие «является очень важной частью головоломки» о том, как фаги находят своих хозяев, говорит Филипп Бавейе, независимый почвенный эколог, создавший собственную организацию — Научно-исследовательский институт Саунт-Лу.
Мэтти говорит, что поездка на спине нематоды может быть только началом их путешествия. Она отмечает, что сами нематоды склонны прикрепляться к более крупным организмам, таким как слизни или ракообразные, называемые изоподами, что может помочь вирусам перемещаться на еще большие расстояния.
Это открытие расширяет важность изучения фагов в экологии почвы, говорит Джин Ли, молекулярный генетик из Университета Ёнсе. «Я никогда не думал о том влиянии, которое фаги могут оказывать на эти сообщества».
Это влияние может быть больше, чем многие себе представляют, говорит Ван Слуйс. Мертвые бактерии являются ключевыми компонентами органического углерода, хранящегося в почве. «Заражение вирусами ускоряет гибель бактерий», — объясняет она, а автостоп может увеличить дальность перемещения вирусов и, следовательно, масштабы уничтожения бактерий.
Помимо изменения скорости гибели бактерий и накопления углерода, фаги и их подвижность могут влиять на способность бактерий убивать растения или вызывать заболевания человека, говорит Ван Слуйс. Теперь она надеется начать строить компьютерные модели, которые смогут конкретизировать эти эффекты.