Er is een volledig nieuw virus ontdekt in de Marianentrog

Wetenschappers hebben een nieuw marien virus ontdekt dat op een adembenemende diepte van 8900 meter onder het oceaanoppervlak leeft, wat het de diepst bekende geïsoleerde bacteriofaag maakt die ooit in wereldwijde zeeën is gevonden, aldus een nieuw onderzoek. De zeldzame vondst zou meer kunnen onthullen over de microbiële ecosystemen die zich in de verste dieptes van de oceaan verschuilen, ook wel bekend als de ‘hadale’ zone, die een kritieke rol speelt in het wereldwijde klimaat en de koolstofcyclus. 

Het virus werd geïdentificeerd in sedimenten die uit de Marianentrog zijn opgegraven, een uitgebreide formatie in de Grote Oceaan die de diepste afgronden op aarde herbergt. Het behoort tot een compleet nieuwe familie van zogenoemde “sifovirussen”, ook wel bekend als Surividae, die alleen bacteriën infecteren en mensen niet als gastheer kunnen gebruiken. 

Virussen die in bacteriële gastheren leven en zich daar voortplanten heten ook wel bacteriofagen, en ze zijn overal aanwezig in elk ecosysteem op aarde – waaronder in de Marianentrog. Wetenschappers hebben daar eerder al bacteriofagen op dieptes van 8636 meter ontdekt, hoewel de aard van deze virussen nog grotendeels onbekend is.

Nu doen wetenschappers, aangevoerd door Min Wang, een onderzoeker aan de Ocean University of China in Qingdao, verslag over de ontdekking van een nieuwe bacteriofaag in monsters uit de trog op een diepte van 8900 meter, wat zo’n 260 meter dieper is dan de vorige recordhouder. Wetenschappers melden dat de faag, die bekend staat als vB_HmeY_H4907, “de diepst bekende geïsoleerde faag tot nu toe” is, en dat het “een nieuwe talrijke virale familie in de oceaan vertegenwoordigt,” aldus een onderzoek dat woensdag in Microbiology Spectrum werd gepubliceerd. 

“We zijn mariene virologen, en de voornaamste focus van ons onderzoeksteam is het onderzoeken van de gemeenschapsstructuur, diversiteit, distributiepatronen, regulatoire mechanismen en ecologische rollen van virussen en hun gastheren in verschillende mariene habitats, zoals poolgebieden en de diepzee,” vertellen Wang en twee van haar co-auteurs, Yue Su en Yantao Liang, in een email aan Motherboard. 

“De gastheerbacterie werd uit de sedimenten van de Marianentrog geïsoleerd door het team van onze medewerker Yu-Zhong Zhang,” vertellen de onderzoekers. “Hun onderzoeksteam is bezig geweest met het onderzoeken van microbieel leven in verschillende extreme omgevingen, waaronder de Marianentrog, terwijl onze focus voornamelijk op virussen ligt. Gezien de unieke aard van de trog is het best onwaarschijnlijk dat er met conventionele infectiemethodes virussen kunnen worden geïsoleerd. Daarom hadden we besloten om de inductiemethode” – een speciale methode om fagen te detecteren – “te gebruiken om fagen te isoleren en naar eerdere onderzoeken te verwijzen.”

Deze aanpak heeft tot fascinerende resultaten geleid, want het team heeft een nieuwe faag ontdekt die een bacteriële soort uit de familie Halomonas infecteert, die zich heeft aangepast tot een variëteit aan diepe hadale omgevingen, van de Antarctische zeebodem tot hydrothermische spleten in de diepzee. 

Deze bacteriën worden “veel gebruikt in synthetische biologie omdat leden van Halomonas bekend staan om hun vermogen om petroleum-hydrocarbonaten af te breken, te gedijen in omgevingen met hoge zoutconcentraties en alkaline pH, en hun hoge tolerantie tegen besmetting,” zei het team in het onderzoek. “Het komt ook veel voor in de Marianentrog, wat suggereert dat het een essentiële rol speelt in hadale omgevingen. Ondanks diens significantie is er maar erg weinig bekend over de virussen die Halomonas infecteren; tot nu toe zijn er nog maar twee fagen gepubliceerd in de dataset van het National Center for Biotechnology Information (NCBI).”

Door de identificatie van vB_HmeY_H4907 staat de teller nu op drie. De onderzoekers waren in staat om een genomische analyse van de faag uit te voeren, waaruit bleek dat het een “lysogene” levensstrategie heeft waarbij het zijn eigen genoom in die van zijn gastheer verwerkt, waardoor die weer vanuit de binnenkant van de cel wordt geïnfecteerd. Met behulp van een transmissie-elektronenmicroscoop wist het team zelfs het “icosaëder-hoofd” van de faag te onderscheiden, met een gemiddelde diameter van 65 nanometer, en diens “lange, niet-intrekbare staart”, die zo’n 165 nanometer lang is, aldus het onderzoek. Ter referentie: een blad papier is zo’n 100.000 nanometer dik. 

“Genomische analyse heeft aangetoond dat vB_HmeY_H4907 evolutionair gezien op afstand ligt van andere referentievirussen, en in grote getale door de oceaan verspreid is, wat de lysogene levensstrategie van hadale fagen en de noodzaak om profagen van hun gastheren te onderscheiden, nog verder aantoont,” vertellen de onderzoekers aan Motherboard. “Daarnaast is de milde faag vB_HmeY_H4907 erg homoloog aan diens gastheer, wat een theoretische basis vormt voor een diepgaande analyse van de overlevingsstrategie van virussen in extreem strenge omgevingen en hun co-evolutie met hun gastheren.”

De ontdekking opent een nieuw en tot nu toe ongekend venster naar het grotendeels onontdekte microbiële universum dat de hadale zeebodem domineert. De bacteriën en virussen die in deze buitenaardse werelden leven mogen dan wel klein zijn, maar hun cumulatieve effect op onze wereld moet niet onderschat worden. In het onderzoek worden diepzeevirussen dan ook beschreven als “essentiële regelaars van de wereldwijde ecologie”, omdat ze de stroom van koolstof door de oceanen beïnvloeden, en daarmee dus ook een impact op klimaatverandering hebben, waardoor het cruciaal is om hun evolutie en levenscyclussen te begrijpen. 

En hoewel de ontdekking van een virus in de diepzee misschien eng lijkt, zullen deze microben waarschijnlijk eerder voordelig zijn voor de menselijke gezondheid dan dat ze schade zullen aanrichten. 

“De gastheer van deze bacteriofaag is een bacterie, wat een type prokaryotisch organisme is,” zeggen Su, Wang en Liang. “Op dit moment zijn de isolatie van bacteriofagen en de verrijking van bacteriofage genbibiliotheken voordeliger voor de menselijke gezondheid. Ze helpen mensen beschermen tegen bacteriële infecties, zeker in het huidige tijdperk van antibiotica en de verspreiding van antibioticaresistente bacteriën. Tegelijkertijd suggereert huidig onderzoek dat er geen precedent is voor bacteriofagen die eukaryotische organismen infecteren” – een groep die ook mensen bevat. 

Om deze mysterieuze ecosystemen beter te begrijpen zijn de onderzoekers van plan om hun microbiële bewoners met geavanceerde middelen te blijven onderzoeken. 

“Metagenomische onderzoeken in de Marianentrog hebben aangetoond dat virussen in de hadale zone mogelijk de voorkeur hebben voor een lysogene virale aanpak om zich aan te passen aan de hadale omgeving, en ons onderzoek heeft ook aangetoond dat de milde faag vB_HmeY_H4907 een grotere dichtheid heeft in de hadale zone, wat de speculatie over een grotere dichtheid van milde fagen in de hadale omgeving zou kunnen valideren,” zeggen de onderzoekers in hun email.

“In de toekomst zullen we meer fagen uit de trog isoleren om deze hypothese te testen en de co-evolutionaire relatie tussen mild virus en gastheer te onderzoeken,” concluderen ze. “Daarna willen we in de moleculaire mechanismen duiken die ten grondslag liggen aan de interactie tussen virussen uit de hadale trog en hun gastheren. We willen bijvoorbeeld de impact op de fysiologische en biochemische processen van een gastheer onderzoeken nadat de specifieke virale segmenten uit diens genoom zijn verwijderd.”

Dit artikel verscheen oorspronkelijk op VICE UK.

Volg VICE België en VICE Nederland ook op Instagram.