Il y a quatre ans, des scientifiques ont fait une découverte surprenante en laboratoire sur des bactéries océaniques infectées par deux virus différents :les infections ont donné naissance à deux virocellules très différentes dont les fonctions étaient entièrement régies par les besoins viraux plutôt que par leurs origines bactériennes.

"Ils fonctionnent donc différemment même s'il s'agissait de la même cellule mère. La même entité est devenue deux entités différentes issues de deux virus différents", a déclaré Cristina Howard-Varona, chercheuse scientifique en microbiologie à l'Ohio State University et première auteur de l'étude. "C'est fascinant, car les infections virales se produisent tout le temps."

La découverte a été faite dans des conditions expérimentales considérées comme les meilleures pour observer un phénomène jusqu’alors inconnu, notamment des niveaux élevés de phosphate nutritif dans l’eau. Howard-Varona et ses collègues ont répété leurs travaux dans une nouvelle étude dans des conditions de faible teneur en phosphate plus similaires à celles du monde naturel, où des poches d'océan sont privées de nutriments.

Ils ont découvert que ces conditions réelles faisaient une énorme différence dans la façon dont l'infection virale affectait la bactérie hôte, à tel point que les deux types de cellules infectées sont représentés dans l'article sous forme de diagramme de Venn pour montrer les fonctions et les caractéristiques qu'elles partagent seules ou en combinaison en raison de leur environnement pauvre en nutriments.

L'étude a été publiée récemment dans The ISME Journal .

L'intérêt de ces nouvelles découvertes ne concerne pas seulement la manière dont les deux virocellules se comportent individuellement dans une zone océanique à faible teneur en phosphate, mais également 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 Matthew Sullivan, co-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 des 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 d'ingénierie civile, environnementale et géodésique et directeur fondateur du Center of Microbiome Science de l'Ohio State.

"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 et éventuellement de 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 peut 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 cellulaire, 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 produire de l'ADN et de l'énergie, et 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. Elles ressentent la limitation en nutriments et se comportent de manière plus similaire que lorsqu'elles 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.

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.