Viral infections as controlling factor of the deep biosphere
Final Report Abstract
Im Rahmen dieser Arbeit konnte die Bedeutung des viralen Einflusses auf die mikrobiellen Gemeinschaften in der marinen tiefen Biosphäre gezeigt werden. Aus Tiefseesedimenten isolierte Bakterien wurden auf Prophagen in ihren Genomen hin untersucht. Von 48 Isolaten waren 41 (85%) von Prophagen infiziert, wodurch intakte Phagen aus tiefen Sedimenten nachgewiesen wurden. Um die Beziehung von Phagen und Wirtszellen in der tiefen Biosphäre detaillierter zu betrachten, wurden eine hoch abundante Population von Rhizobium radiobacter und dessen assoziierte Phagen genauer untersucht. Es konnten in allen Stämmen Prophagen induziert und somit gezeigt werden, dass die Lysogenie in dieser Population generell verbreitet ist. Entsprechend wurde vermutet, dass prophagen-kodierte Gene durch Veränderung des zellulären Stoffwechsels positiv zum Überleben der Wirtszellen beitragen und somit generell die Adaption von Wirtszellen an die Bedingungen in der marinen tiefen Biosphäre beeinflussen. Weiterhinzeigte die Quantifizierung eines für temperente Phagen spezifisches Gens, dass diese Phagen einen großen Anteil der freien Phagen im Sediment ausmachen. Zusammengenommen deuten diese Ergebnisse auf Lysogenie als primären viralen Lebens-zyklus hin. Die virale Abundanz in der marinen tiefen Biosphäre wurde anhand global verteilter Sedimentproben untersucht. Die Anzahl an Viren variierte an den verschiedenen Standorten um mehrere Größenordnungen, folgte dennoch grundlegend dem Verlauf der Zellzahlen. Selbst in tiefen, Millionen Jahre alten und in Sedimenten aus den nährstoffärmsten Regionen der Ozeaneüberstiegen die Virenzahlen stets die der Zellen. Folglich können mikrobielle Gemeinschaften in tiefen Sedimenten eine Gemeinschaft von Viren aufrecht erhalten, womit 6 diese ein unabhängiges Anzeichen für prokaryotisches Leben darstellen. Mit zunehmender Sedimenttiefe stieg das Verhältnis von Viren zu Zellen an, was eine Produktion von Viren innerhalb des Sediments belegt. Zudem zeigt die immense Anzahl an Viren in marinen Sedimenten, dass mikrobielle Gemeinschaften durch viralen Einfluss kontrolliert werden. Darüber hinaus könnten die viralen Partikel an sich, besonders in extrem oligotrophen Sedimenten, die mikrobielle Biomasse übersteigen und einen bisher nicht in Betracht gezogenen Anteil des organischen Kohlenstoffs ausmachen. Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass die Anzahl der Viren in den Sedimenten der marinen tiefen Biosphäre die Zahl der Zellen übersteigt. Virale Aktivität lässt zum einen den Schluss zu, dass die mikrobiellen Gemeinschaften von Viren kontrolliert werden und zum anderen lässt sich somit ein deutlicher Einfluss auf den Kohlenstoffkreislauf vermuten. Des Weiteren konnte die Lysogenie, als primärer viraler Lebenszyklus der marinen tiefen Biosphäre, sowohl in einer repräsentativen und abundanten bakteriellen Population, als auch in der Umwelt als weit verbreitetes Merkmal nachgewiesen werden.
Publications
- (2011) Induction of prophages from deepsubseafloor bacteria. Environmental Microbiology Reports 3: 459-465
Engelhardt T, Sahlberg M, Cypionka H, Engelen B
- (2013) Biogeography of Rhizobium radiobacter and distribution of associated temperate phages in deep subseafloor sediments. The ISME Journal 7: 199-209
Engelhardt T, Sahlberg M, Cypionka H, Engelen B
(See online at https://doi.org/10.1038/ismej.2012.92)
