Ce que nous savons : lorsque des virus infectent des bactéries – un phénomène courant dans les océans, les sols et même dans les intestins humains – l’interaction entraîne la création d’organismes entièrement nouveaux appelés « virocellules ». Mais les scientifiques en apprennent encore davantage sur la manière dont cette fusion de microbes affecte leur environnement et est affectée par celui-ci.
Il y a quatre ans, des scientifiques ont réalisé un laboratoire surprenant.
L’intérêt de ces nouvelles découvertes ne porte pas seulement sur la manière dont les deux virocellules se comportent individuellement dans une zone océanique à faible teneur en phosphate, mais également sur l’impact de l’environnement sur l’événement de routine des virus infectant les bactéries.
« Lorsque vous épuisez un seul nutriment, cela a un impact radical : cela change le tableau de l’infection, même s’il s’agit des mêmes cellules et des mêmes virus que dans l’étude précédente », a déclaré Howard-Varona. « Alors, que se passerait-il si nous le privions encore plus ou si nous épuisions un autre nutriment ? Cela nous indique qu’il sera très important d’étudier les cellules et les virocellules dans des conditions nutritionnelles qui ressemblent davantage à celles qu’elles rencontrent dans la nature.
La recherche a le potentiel d’améliorer la modélisation à grande échelle des systèmes microbiens océaniques, qui, à ce jour, tendent à manquer de composant virocellulaire, a déclaré Matthieu Sullivanco-auteur principal des deux études et professeur de microbiologie à l’Ohio State.
« Si nous voulons prédire comment les organismes contribuent à la géochimie des océans, nous devons savoir comment les populations cellulaires interagissent, comment elles obtiennent les nutriments de l’environnement et comment cela modifie la composition de la matière organique qui fabrique les cellules – et comment tout ensemble contribue au climat. changement climatique et à la réponse des océans au changement climatique », a déclaré Sullivan, également professeur de génie civil, environnemental et géodésique et directeur fondateur de l’Ohio State’s Centre de science du microbiome.
« Il en va de même pour la modélisation des microbes dans les sols, qui ne disposent pas non plus d’un environnement riche en nutriments, et pour lesquels nous savons très peu de choses sur les virocellules et sur la façon dont elles contribuent à la santé des racines et des cultures. »
Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont découvert que les deux virus infectieux exerçaient un contrôle considérable sur les fonctions qui dominaient les deux virocellules résultantes. Les virus, appelés phages, ont été sélectionnés pour leurs qualités très différentes : l’un est très similaire génomiquement à la bactérie hôte, il s’est donc concentré sur le recyclage des ressources existantes, et l’autre, moins similaire, a dû travailler plus dur pour générer des ressources. Dans les deux cas, l’objectif est d’accéder à l’énergie et de maximiser la création de copies virales pour finalement tuer l’hôte.
« Mais ces différences ont été réduites dans l’environnement à faible teneur en phosphate, elles sont donc moins importantes, ce qui suggère que l’environnement pourrait avoir un effet plus fort que les virus infectants sur le comportement des virocellules », a déclaré Howard-Varona.
Et puis il y avait des activités communes aux deux virocellules en réponse à la famine : activer une réponse au stress à l’échelle de la cellule, obtenir de l’énergie en métabolisant les graisses plutôt que les glucides, et réduire la quantité de matière organique qu’elles consomment de l’environnement.
« Chaque cellule du monde a besoin de phosphate pour fabriquer de l’ADN et de l’énergie. Sans lui, il n’y a pas de vie, pas de fonction, pas de métabolisme », a déclaré Howard-Varona. « Et ce que nous avons montré, c’est que dans ces conditions, les virocellules ont des points communs. Ils ressentent la limitation des nutriments et se comportent de manière plus similaire que lorsqu’ils poussaient dans un environnement riche en nutriments.
« L’environnement est très important pour les infections virales – et vous pouvez donc imaginer que cela est vrai pour tous les environnements. »
Les chercheurs appliqueront une grande partie de ce qu’ils ont appris du milieu marin à l’étude des virocellules du sol.
Ce travail a été soutenu par le Département américain de l’Énergie (DOE), la Fondation Gordon et Betty Moore, la National Science Foundation, l’Institut national des allergies et des maladies infectieuses et des fonds discrétionnaires de l’Université du Michigan.
Les co-auteurs incluent Azriel Krongauz, Natalie Solonenko, Ahmed Zayed et Subhadeep Paul de l’État de l’Ohio ; le co-premier auteur Morgan Lindback et le co-auteur principal Melissa Duhaime de l’Université du Michigan ; Jane Fudyma et Malak Tfaily de l’Université d’Arizona ; William Andreopoulos et Tijana Glavina del Rio du DOE ; et Heather Olson, Young-Mo Kim, Jennifer Kyle et Joshua Adkins du Pacific Northwest National Laboratory.
