ウイルス感染が海の微生物コミュニティに与える影響

海の微細藻類は、海洋で有機物を作るのに大事な役割を果たしてる。これらの有機物の一部は、溶存有機物（DOM）って呼ばれ、浮いてる小さな生物、例えばバクテリアに食べられちゃう。これらの藻類に感染するウイルスも重要で、宿主細胞を殺すことで、さらに多くの有機物を環境に放出することになる。このプロセスは、生態系の栄養循環にも影響を与えるんだ。

ウイルスが藻類の細胞に感染すると、宿主細胞の行動が変わることがある。ウイルスが複製されると、細胞内にユニークな構造を作って、感染してない細胞が作らない特別な化合物を生産させる。例えば、特定の藻類では、ウイルスの構造に必要な特定の脂肪の生産が増える。このユニークな代謝の変化は、海で有害なブームを引き起こす他の藻類でも見られてる。

特に、ヘテロシグマ・アカシウォって藻は、沿岸水域で有害なブームを引き起こすことで知られてる。このブームは、大規模な魚や貝の死につながることがある。以前の研究では、感染してないH. akashiwoの細胞から放出された有機物に対して、特定のバクテリアのグループが異なる反応を示すことが分かってる。これは、ウイルスが藻類と周囲のバクテリアの関係を変える可能性を示唆している。

自然の条件下では、H. akashiwoに感染するウイルスが有害なブーム中に見つかっている。そして、数日で多くのH. akashiwo細胞が消えることが観察され、同時に水中に漂うウイルス粒子も増加する。もしこれらのウイルスがH. akashiwoブームの減少の主な理由であれば、感染した細胞からかなりの量の有機化合物が放出されることが期待される。でも、これらの感染細胞が周囲のバクテリア群に与える影響はまだ十分に探求されていない。

この研究の目的は、ウイルスに感染したH. akashiwo細胞から放出された有機化合物が、周囲の水のバクテリア群にどんな影響を与えるかを調べることだ。藻類から放出される有機化合物は、健康な生きた細胞から排出されたもの、他の生物が細胞を食べるときに放出されるもの、そしてウイルスが細胞を殺すときに放出されるものの3種類に分類される。それを調べるために、大阪湾の水サンプルを使った実験が行われた。

#材料と方法

#H. akashiwoの培養

H. akashiwoの株を特別な培地で制御された条件下で育てた。感染してない細胞から有機物を抽出したり、ウイルスサンプルを準備するために、いくつかの部分に分けた。

#排出物と細胞内成分の収集

培養した藻類を遠心分離機で高速回転させて、固体部分と液体部分を分けた。液体はフィルターで濾して、排出物由来の溶解分画（EDF）を得た。固体部分は細胞内成分を抽出するために処理され、別の分画である細胞内成分由来の溶解分画（IDF）を得た。

#ウイルス感染実験

H. akashiwoに感染するウイルス株を、培養した藻類の一部に導入した。この部分を時間の経過とともに観察して、藻類の変化を確認し、ウイルスサンプルを集めた。

#細胞数とウイルス数の計測

H. akashiwo細胞とウイルス粒子の数をフローサイトメトリーを使って測定した。特定の光信号を分析して、細胞を正確にカウントするプロセスだ。

#炭素濃度の測定

さまざまな有機物分画の炭素濃度を測定するために、全有機炭素分析計を使った。これでサンプルの内容をよりよく理解できるようになる。

#マイクロコスモス実験の設定

大阪湾から表層海水を採集して、大きな生物を取り除くためにフィルターした。マイクロコスモス実験では、海水に異なる有機物分画を加えて、バクテリア群にどんな影響を与えるかを数日間評価した。

#DNA抽出とシーケンシング

バクテリアコミュニティ構造を分析するためのサンプルを取り、DNAを慎重に抽出した。種を特定するために重要な16S rRNA遺伝子を増幅してシーケンスした。

#コミュニティ構造と動態の分析

シーケンシングから得られたデータを処理して、バクテリア群の構成を分析した。さまざまな統計手法を使って、異なる処理群間でこれらのコミュニティを比較した。

#比較ゲノム解析

近縁のバクテリアのゲノムデータを分析して、彼らの代謝能力をよりよく理解した。このステップで、バクテリアが利用する可能性のある化合物に関連する機能を特定するのに役立った。

#メタボローム分析

ガスクロマトグラフィー-質量分析法（GC-MS）を使って、小さな有機化合物を特定し定量するための化学分析を行った。このステップは、バクテリアの成長に影響を与える特定の化合物を明らかにすることを目的としている。

#結果

#実験中のH. akashiwoとウイルスの豊富さの変化

実験では、ウイルスに感染したH. akashiwo細胞が成長を止めて死に始めるのが観察された。一方、感染していない培養は引き続き繁栄していた。これは、観察された細胞死が確かにウイルス感染によるものであることを確認した。

#マイクロコスモス内の原核細胞の豊富さの変化

様々な処理（異なる有機物タイプ）で、バクテリアの成長パターンが似たようなものを示した。すべての処理でバクテリア細胞数が増加し、ピークに達してから安定した。これは、異なる有機物分画がバクテリアの成長に影響を与えたが、似たような方法であることを示している。

#原核コミュニティ構造の変化

バクテリアのコミュニティ構造を遺伝子シーケンシングを用いて評価した。各処理は時間とともに独自のコミュニティ構造を生成した。ウイルスライセートを用いた処理は、他の処理と比較して異なるパターンを示し、感染した藻類細胞からの有機物がバクテリア群に異なる影響を与えたことを示唆している。

#処理内の豊富なASV

異なる処理で、ASVと呼ばれる特定のバクテリア群が特定された。感染細胞からの有機物を用いた処理では、他のものよりも特定のASVが豊富であることが分かった。これは、これら特定のバクテリアがウイルス細胞から放出された有機物を利用している可能性が高いことを示す。

#系統的および系統発生的関係

ASVの系統発生解析から、バクテリア間の様々な関係が明らかになり、一部は既知の病原菌に近いことが分かった。これらの関係の生態学的意義は重要で、特に藻類のブーム中の海洋生態系のダイナミクスに影響を与える可能性がある。

#代謝能力の違い

遺伝情報の分析では、ウイルス細胞の有機物が存在する環境で繁栄したバクテリアとそうでないものとの間に代謝能力の違いが示された。ウイルスライセートに関連するバクテリアには特定の代謝経路が共通していることが分かり、ウイルス感染中に放出される化合物を効果的に利用するための特別な適応があることを示唆している。

#ウイルスライセートに蓄積された代謝物

ウイルス細胞から放出された有機物の分析では、ウイルスライセートに豊富な特定の低分子化合物が存在することが明らかになった。これらの化合物の多く、例えばアミノ酸や糖は、特定のバクテリアの成長に関連している。

#考察

これらの発見は、H. akashiwoのウイルスライセートから放出された有機化合物が特定の原核集団の成長を促進することを示唆している。ウイルス感染が周囲の微生物コミュニティのダイナミクスに変化をもたらす可能性があるという考えを強化している。制御された条件下で観察される相互作用は、特に有害な藻類のブーム中の自然環境で起こることを反映していると考えられる。

H. akashiwoに関連する病原性バクテリアの存在は、これらのブーム中の海洋生物への潜在的な悪影響を強調している。ウイルス感染によって変化する藻類と周囲のバクテリアのダイナミクスは、海洋生態系にカスケード効果を生む可能性がある。

この研究は、ウイルス細胞のライセートからの有機化合物が特定のバクテリア群の変化を促進する方法についての新しい知見を提供する。また、これらの知見は、有害な藻類のブームとそれに関連するウイルス感染の広範な生態学的影響を理解するために重要だ。

#結論

この研究は、特に有害な藻類のブーム中に、ウイルス感染が海洋微生物コミュニティのダイナミクスを変える重要性を強調してる。H. akashiwo、ウイルス、周囲のバクテリアの相互作用を理解することで、これらのブームが海洋生態系に与える影響をよりよく予測し管理できるようになる。今後の研究が、これらの相互作用とその環境への影響をさらに明らかにするために必要だ。