El estudio revela cómo los virus gigantes influyen en la dinámica de las algas marinas y su impacto en los ecosistemas oceánicos.
El Instituto Weizmann de Ciencias, reconocido como uno de los principales centros de investigación en ciencias naturales y exactas, ha realizado un estudio significativo sobre los denominados “giruses”, unos virus gigantes que contienen cantidades de material genético que pueden ser hasta 100 veces mayores que las de otros virus, e incluso comparables a algunas bacterias. Estos giruses, que se pensaba que provenían del espacio exterior, han sido prácticamente desconocidos para la ciencia hasta principios del siglo XXI. Sin embargo, los descubrimientos realizados en las últimas dos décadas sugieren que estos virus pueden tener un impacto considerable en la vida en la Tierra.
Los giruses habitan en los océanos y son capaces de infectar diversas especies de algas unicelulares, que son organismos fotosintéticos responsables de aproximadamente la mitad de la producción de oxígeno en el planeta y de la fijación global de carbono. La infección viral puede provocar un colapso rápido de las floraciones algales, que son acumulaciones que pueden extenderse a lo largo de decenas de miles de kilómetros en el océano. Este fenómeno puede afectar sustancialmente a extensos ecosistemas marinos y atmosféricos terrestres. Sin embargo, aún se sabe muy poco sobre los huéspedes de estos virus, es decir, qué organismos son infectados por cada tipo de virus.
En un nuevo estudio, investigadores del laboratorio del profesor Assaf Vardi, del Departamento de Ciencias Vegetales y Ambientales, utilizaron la secuenciación de ARN unicelular para analizar muestras recogidas durante una floración en los fiordos de Noruega. Este enfoque les permitió trazar, con un detalle sin precedentes, las relaciones entre los organismos marinos, incluidas las algas que son infectadas por estos virus. Hasta hace poco, la forma más eficaz de examinar las poblaciones de algas era hacerlo en bloque, lo que significaba que se analizaban muestras aisladas de agua oceánica repletas de organismos unicelulares. Vardi explica: “Estos estudios hicieron avanzar nuestro conocimiento sobre la distribución en el agua, ya que faltaba mucha información. Fuimos capaces de saber qué abundaba en una muestra concreta, pero no podíamos identificar infecciones activas, y nuestra capacidad para medir la proliferación estaba limitada. Del mismo modo, pudimos determinar si eran menos frecuentes en la muestra y cuál era su huésped natural si las células estaban activas”.
Para superar estas limitaciones y examinar las interacciones que existen en el entorno natural, los investigadores viajaron a Noruega, donde indujeron la floración añadiendo nutrientes, imitando así las condiciones que dan lugar a estas acumulaciones. De vuelta en el laboratorio, secuenciaron células individuales de sus muestras. Estas moléculas indican los genes muestreados en un momento dado. A diferencia de los métodos normales, que agrupan todos los datos en una sola célula, este método avanzado de alta resolución permite etiquetar lo que aparece en una célula particular. Con este enfoque, pudieron identificar a qué especie pertenecía cada muestra y mapear no solo los hospedadores, sino también los virus que infectan a esos hospedadores.
Amir Fromm, un estudiante de doctorado que dirigió el estudio, explica: “Nos dimos cuenta de que mediante un análisis meticuloso del ARN, podríamos producir tipos de datos: solo alga, y si había sido infectada por un gigante, en caso afirmativo, cuál de ellos”. Anteriormente, no existía ninguna base que clasificara estos datos, por lo que se acercaron a Frank Aylward, un experto en evolución de Virginia Tech, quien, junto a su equipo, creó una base de datos que les permitió examinar muchas de las algas dominantes en la floración, como Emiliania huxleyi. El equipo ya había identificado previamente un virus específico que infecta esta alga.
El estudio se centró en otras combinaciones de virus-huésped, encontrando un total de 972 células infectadas, de las cuales 71 incluían varias combinaciones de virus-huésped que eran desconocidas hasta el momento. Por ejemplo, descubrieron una conexión entre el virus Imitervirales-07 y la familia Katablepharidaceae, que no había sido descrita anteriormente. Al examinar las células, observaron que producían proteínas que tienen un destino directo hacia la muerte celular programada durante la fase tardía de la infección. Esto proporcionó una prueba irrefutable de la relación entre la aparición de las poblaciones examinadas y los hospedadores.
Los investigadores han logrado un éxito notable en el reto computacional de caracterizar estos virus, lo que creen que puede ser utilizado para estudiar patógenos en diversas partes del mundo, incluidos entornos climáticos extremos como los polos y los lagos alpinos. “Debido a los procesos relacionados con el cambio climático, antiguos virus están siendo liberados a medida que los casquetes polares se derriten. Esto nos permitirá estudiar estos virus con mayor facilidad y ayudará a la humanidad a prepararse para la amenaza ambiental que representan”, afirma el Dr. Gur Hevroni, quien formó parte de la colaboración, junto con la Dra. Flora Vincent y Daniella Schatz del Instituto Weizmann, así como Carolina Martínez-Gutiérrez de Virginia Tech. Este trabajo fue financiado por una subvención de la Fundación Simons y recibió apoyo del Centro Botton de Ciencia Marina, así como de la Cátedra Bronfman y la Cátedra Beck que apoya la investigación científica.
