微生物的合并研究表明低营养条件会改变病毒感染

我们知道的是：当病毒感染细菌时(这种情况在海洋、土壤甚至人类肠道中很常见)，这种相互作用会产生一种全新的生物，称为“病毒细胞”。但科学家仍在研究这种微生物融合如何影响周围环境，以及受到周围环境的影响。

四年前，科学家在对被两种不同病毒感染的海洋细菌进行实验室研究时发现了令人惊讶的现象：感染产生了两种截然不同的病毒细胞，它们的功能完全由病毒需求而非细菌起源所决定。

俄亥俄州立大学微生物学研究科学家克里斯蒂娜·霍华德-瓦罗纳(CristinaHoward-Varona)说：“因此，即使是同一个亲代细胞，它们的运作方式也不同。同一个实体变成了来自两种不同病毒的两个不同实体。”该研究的作者。“这很有趣，因为病毒感染一直在发生。”

这一发现是在最适合观察一种此前未知现象的实验条件下得出的，这种现象包括水中高浓度的营养磷酸盐。Howard-Varona和同事在一项新研究中重复了这一工作，实验条件与自然界的低磷酸盐条件更相似，即海洋中某些区域缺乏营养物质。

他们发现，这些现实条件对病毒感染如何影响宿主细菌产生了巨大的影响——以至于两种类型的感染细胞在论文中以维恩图的形式表示出来，以显示它们在低营养环境下单独或组合所共有的功能和特征。

新发现的重点不仅在于这两个病毒细胞在海洋低磷酸盐区域中的单独行为，还在于环境对病毒感染细菌的常规事件有多大影响。

霍华德-瓦罗纳说：“当你只消耗一种营养物质时，它会产生巨大的影响——它会改变感染的状况，即使它是与早期研究中相同的细胞和相同的病毒。”

“那么，如果我们让它更加挨饿或者耗尽不同的营养物质，会发生什么?这告诉我们，在更接近它们在自然界中遇到的营养条件下研究细胞和病毒细胞将非常重要。”

两项研究的共同高级作者、俄亥俄州立大学微生物学教授MatthewSullivan表示，这项研究有可能改善海洋微生物系统的大规模建模，迄今为止，海洋微生物系统往往缺乏病毒细胞成分。

“如果我们要预测生物体如何影响海洋地球化学，我们需要了解细胞群体如何相互作用，如何从环境中获取营养，以及如何改变构成细胞的有机物组成——以及所有这些如何共同导致气候变化以及海洋对气候变化的反应，”沙利文说，他也是土木、环境和大地测量工程教授，也是俄亥俄州立大学微生物组科学中心的创始主任。

“对土壤中的微生物进行建模也是如此，土壤也没有营养丰富的环境，而且我们对病毒细胞以及它们如何促进根部和作物的健康知之甚少。”

在新的研究中，研究人员发现，两种感染病毒确实对所生成的两个病毒细胞的控制功能拥有很强的控制力。

这些病毒被称为噬菌体，它们之所以被选中，是因为它们的特性截然不同：一种病毒的基因组与宿主细菌非常相似，因此它专注于回收现有资源，而另一种不太相似的噬菌体则必须更加努力地产生资源。在这两种情况下，目的都是获取能量并最大限度地复制病毒，最终杀死宿主。

“但在低磷酸盐环境中，这些差异缩小了，因此它们不那么重要——这表明环境可能比感染病毒对病毒细胞行为产生更大的影响，”霍华德-瓦罗纳说。

然后，两个病毒细胞在应对饥饿时都会进行共同的活动：激活细胞范围的应激反应，从代谢脂肪而不是碳水化合物中获取能量，并减少它们从环境中消耗的有机物的量。

“世界上的每个细胞都需要磷酸盐来制造DNA和能量，因此没有它，就没有生命，没有功能，没有新陈代谢，”霍华德-瓦罗纳说。“我们所证明的是，在这些条件下，病毒细胞具有共性。它们能够感受到营养的限制，并且表现得比在营养丰富的环境中生长时更加相似。

“环境对于病毒感染非常重要，所以你可以想象这对于每个环境都是如此。”

研究人员将从海洋环境中学到的大部分知识应用于土壤病毒细胞的研究。

合著者包括俄亥俄州立大学的AzrielKrongauz、NatalieSolonenko、AhmedZayed和SubhadeepPaul;密歇根大学的共同第一作者MorganLindback和共同资深作者MelissaDuhaime;亚利桑那大学的JaneFudyma和MalakTfaily;美国能源部的WilliamAndreopoulos和TijanaGlavinadelRio;以及太平洋西北国家实验室的HeatherOlson、Young-MoKim、JenniferKyle和JoshuaAdkins。