Metoda jednokomórkowa rzuca nowe światło na infekcje wirusowe
Fitoplankton(odnośnik otworzy się w nowym oknie), czyli jednokomórkowe mikroglony, odgrywa nieocenioną rolę w procesie fotosyntezy(odnośnik otworzy się w nowym oknie), w ramach którego rośliny pobierają życiodajny dwutlenek węgla. Według dostępnych danych połowa procesów fotosyntezy zachodzących na naszej planecie ma miejsce na morzach i w oceanach. Jak wyjaśnia Assaf Vardi, koordynator projektu Virocellsphere(odnośnik otworzy się w nowym oknie): „Węgiel jest magazynowany w zakwitach glonów, które mogą rozciągać się na obszarach obejmujących tysiące kilometrów, a pojedyncza kropla wody morskiej pobranej z takiego obszaru może zawierać tysiące organizmów jednokomórkowych”. Zakwity te często padają ofiarami gigantycznych wirusów i wymierają w ciągu tygodnia, uwalniając ogromne ilości węgla organicznego, siarki i innych cząsteczek. Proces ten stanowi niezwykle ważny element morskiego łańcucha pokarmowego i jest kluczem do utrzymania życia. „Dotychczasowe próby naukowego zrozumienia tego procesu koncentrowały się przede wszystkim na kwantyfikacji ilości wirusów oraz ich różnorodności”, twierdzi Vardi. „Nie skupiają się w pełni na obserwacji inwazji wirusów w akcji”.
Interakcje między wirusem i nosicielem
Vardi, który jest profesorem Wydziału Nauk o Roślinach i Środowisku w Instytucie Naukowym Weizmanna(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w Izraelu, chciał przyjrzeć się bliżej interakcjom zachodzącym pomiędzy wirusem i nosicielami. Jego celem było zbadanie nie tylko zdarzeń zachodzących na poziomie pojedynczej komórki, kiedy wnika do niej wirus, ale także tego, co dzieje się w skali zakwitów fitoplanktonu w kontekście interakcji między wirusem i nosicielem. „Wszyscy członkowie mojego zespołu laboratoryjnego są w głębi serca ekologami morskimi, nie inaczej jest zresztą w moim przypadku”, dodaje badacz. „W praktyce zajmujemy się jednak badaniem biologii komórek. Zawsze chciałem połączyć te dwie dziedziny nauki”. W tym celu Vardi opracował metody ilościowego określania i wybierania konkretnych zakażonych komórek. Dzięki temu jego laboratorium mogło zbadać interakcje na poziomie wewnątrzkomórkowym. Następnym krokiem badacza było rozszerzenie skali badania, aby w ten sposób zweryfikować, czy zakażone komórki uwalniają cząsteczki sygnalizacyjne w celu obrony przed infekcją lub jej dalszego rozpowszechniania. W tym celu zastosował opracowane w laboratorium techniki jednokomórkowe w połączeniu z analizami chemicznymi, które pozwoliły mu na mapowanie metabolitów(odnośnik otworzy się w nowym oknie) – niewielkich cząsteczek uwalnianych w czasie zakażenia.
Wiadomość w butelce
„Naszym celem było znalezienie konkretnego gigantycznego wirusa, który zabijał zakwit naszych modelowych gatunków glonów”, opowiada badacz. „Wraz z dr Florą Vincent, badaczką w laboratorium Vardiego, odkryliśmy, że wirus skutecznie zakaził zaledwie jedną trzecią populacji glonów. Powstało pytanie – co spowodowało w takim razie zsynchronizowane załamanie całego zakwitu fitoplanktonu?”. We współpracy z Daniellą Schatz Vardi odkrył, że komórki glonów zakażone przez wirusy uwalniały tak zwane pęcherzyki(odnośnik otworzy się w nowym oknie) będące swoistymi „wiadomościami w butelkach”, zawierające niewielkie cząsteczki RNA, które są w stanie przygotować niezainfekowane komórki na inwazję wirusów. To odkrycie może stanowić wyjaśnienie wrażenia zsynchronizowanego załamania zakwitów fitoplanktonu. „Na początku wydawało nam się, że mamy do czynienia z mechanizmem obronnym”, zauważa badacz. „Dopiero bliższe spojrzenie na to, co działo się wewnątrz komórek, pozwoliło nam dostrzec, jak tak naprawdę wygląda sytuacja”. Dokonane przez badaczy odkrycie stanowi jeden z głównych sukcesów zespołu projektu Virocellsphere związany z rozwojem wiedzy dotyczącej zakażeń wirusowych. Zespołowi Vardiego udało się wykazać, że istnieje możliwość śledzenia konkretnych wirusów w naturalnych warunkach dzięki wykorzystaniu podejścia jednokomórkowego i chemicznego. Opracowane w ramach projektu narzędzia mogą pozwolić naukowcom na dokładniejsze zbadanie wpływu wirusów na środowisko morskie, kształtowanie jego ekologii, procesów ewolucji oraz obiegu głównych składników odżywczych takich jak węgiel czy siarka.
