Dünyanın en uzun kuyruklu deniz virüsü bulundu

Oahu'nun 100 kilometre kuzeyinde, Kuzey Pasifik sularında viroloji alanında dünya rekoru kıran mikroskobik bir kahraman gizleniyor. Bu, Pelagodinium cinsinden minik dinoflagellatları enfekte edebilen dev bir virüs olan PelV-1. Onu gerçekten nadir yapan şey sadece boyutu değil (kapsidi yaklaşık 200 nanometredir), aynı zamanda 2,3 mikrometreye kadar ulaşan son derece uzun kuyruğu ve bu onu kültürlenmiş bir virüste kaydedilen en uzun kuyruk yapar. Viral dünyada alışılmadık olan bu özellik, bilinen sınıflandırmalara meydan okumakla kalmayıp, aynı zamanda bu organizmaların evrimi ve ekolojisi hakkında büyüleyici sorular da ortaya çıkarır.

Hawaii Üniversitesi'nden bir okyanus bilimciler ekibi tarafından yürütülen ve bioRxiv'de ön baskı olarak yayınlanan çalışma, PelV-1'in morfolojisi ve genomunun ilk ayrıntılı tanımını sunuyor. Yazarlara göre, “30 nanometre genişliğindeki kuyruk benzeri yapı 2,3 µm'ye kadar uzayabiliyor; bu, bugüne kadar tanımlanan en uzun viral uzantı.” Bulgular ayrıca, çok düşük miktarda bulunan ko-PelV adı verilen ikinci bir ilişkili virüsün genomunu da içeriyor. Her ikisi de Mesomimiviridae ailesinin üyeleridir, ancak PelV-1, virüslerin deniz planktonlarıyla nasıl etkileşime girdiğine dair anlayışımızı değiştirebilecek metabolik ve yapısal cephaneliğiyle öne çıkıyor.

Beklenmedik bir keşfin bağlamı

Şimdiye kadar dinoflagellatları enfekte eden virüsler nadirdi ve yeterince karakterize edilmemişti. Muazzam ekolojik öneme sahip bu mikroalg grubu, bazıları zararlı olan deniz simbiyozlarına ve alg patlamalarına katılır. Ancak virüslerle ilişkileri henüz tam olarak keşfedilmemiş bir alan olarak kalmaktadır. PelV-1'den önce, Heterocapsa cinsinin türlerini enfekte edebilen yalnızca iki dev çift sarmallı DNA virüsü tanımlanmıştı ve bunların hiçbirinin dizilenmiş bir genomu yoktu.

PelV-1, Pasifik'teki ALOHA İstasyonu adlı önemli bir noktadan, 25 metre derinlikten su örneklerinin toplandığı bir yerden elde edildi. Burada, düşük biyokütleli oligotrofik bir ortamda, virüs ve konakçısı izole edilip kültürlendi. Bu çevresel ortam, böylesine uzun bir kuyruğun neden bir avantaj sağlayabileceğini anlamak için çok önemlidir: organizma bakımından fakir sularda, konakçı bulma aralığının genişletilmesi, başarılı ve başarısız enfeksiyon arasındaki fark anlamına gelebilir.

İnanılmaz bir morfolojik çeşitlilik

Mikroskobik analiz, PelV-1'in tek bir formda değil, uzantıların varlığı ve uzunluğu bakımından farklılık gösteren beş morfotipte bulunduğunu ortaya koydu. Bunlar arasında çok uzun ve ince bir kuyruğa sahip morfotip 1 ve bu kuyruğu karşı uçta kısa ve kalın bir çıkıntıyla birleştiren morfotip 5 yer alıyor. Diğer durumlarda, araştırmacılar kuyruksuz parçacıklar gözlemlediler ve bu yapının, virüsün konak hücreden ayrıldıktan sonra oluştuğunu düşündürdü; bu nadir bir durumdur.

Elektron mikroskobu görüntülerinde PelV-1 kuyruğu, bazen üç olası terminal lifi ortaya çıkaran, dışta 30 nanometre, içte 25 nanometre ölçülerinde çift tüp şeklinde görünür. Kapsid ise mimivirüslerin tipik bir özelliği olan ve genetik materyalin salınımında rol oynayabilecek “yıldız şeklinde bir açıklığa” sahiptir.

Enfeksiyon stratejileri ve yaşam döngüsü

Enfeksiyonun zaman serisi çalışması, PelV-1'in temastan sonraki ilk saatlerde kuyruğunu kullanarak dinoflagellat yüzeyine yapıştığını ortaya koymuştur. Ancak bu yapının hücre duvarını deldiğine dair bir kanıt yoktur; girişin endositoz veya hatta fagositoza benzer bir süreçle gerçekleştiği görülmektedir. Virüs hücreye girdikten sonra çoğalır ve enfeksiyondan yaklaşık 12 saat sonra hücre lize olarak kuyruksuz virionları serbest bırakır.

Bu bulgu, yazarları kuyruğun hücre dışında, muhtemelen kendi kendini oluşturan virüs proteinlerinden oluştuğunu öne sürmeye yöneltti; ancak deneysel doğrulama henüz mevcut değil. Bu model, karmaşık uzantılara sahip diğer dev virüsleri anımsatsa da, PelV-1'in rekor kıran uzunluğu onu benzersiz bir kategoriye yerleştiriyor.

Olasılıkları çoğaltan bir genom

459 kilobaz uzunluğundaki PelV-1 genomu, 467 gen ve 9 transfer RNA'sı kodlar. En dikkat çekici unsurları arasında, biri siyanobakterileri enfekte eden bazı bakteriyofajlarınkine benzeyen kuyruk lifiyle ilişkili üç gen bulunur. Ayrıca amino asit, karbonhidrat, lipit ve trikarboksilik asit döngüsü metabolizmasında rol oynayan genler de içerir ve bu da enfeksiyon sırasında konak metabolizmasını manipüle etme konusunda önemli bir potansiyele sahip olduğunu gösterir.

Diğer ilgili genler arasında ışık toplayan bir kompleks, rodopsin benzeri proteinler, iyon kanalları ve şeker taşıyıcıları bulunur. II. gruba ait olan viral rodopsin, ışıkla aktive olan bir iyon kanalı olarak işlev görebilir; bu, bir virüste alışılmadık bir araçtır ve okyanus ortamına mükemmel adaptasyonlar olduğunu gösterir. HSP70 ve soğuk şoku proteinleri gibi stres tepkisi proteinleri de tespit edildi ve bunlar, virüsün konakçı içindeki zorlu koşullara dayanmasına yardımcı olabilir.

Sessiz arkadaş: co-PelV

Aynı dizileme sürecinde ekip, 504 kilobaz ve 569 gen içeren ikinci bir viral genom olan co-PelV'nin varlığını tespit etti. Kuyruk proteinlerinden yoksun olmasına rağmen, PelV-1'in metabolik repertuarının çoğunu paylaşır ve klorofilaz ve akvaporin gibi kültür virüsleri için potansiyel olarak yeni olan genleri içerir. Akvaporin, konakçıdaki hücre içi suyun kontrolü üzerinde, hatta davranışını ve hareketliliğini etkilemesi açısından önemli etkilere sahip olabilir. Ancak co-PelV örneklerde son derece nadirdir ve bu da morfolojisinin karakterize edilmesini engellemiştir.

Küresel dağılım ve ekolojik önemi

Tara Oceans projesi gibi metagenomik veritabanlarının analizi, PelV-1 ve co-PelV'nin farklı okyanus bölgelerinde ve yüzeyden mezopelajik katmana kadar farklı derinliklerde bulunduğunu göstermiştir. 0,22 ila 3 mikrometre boyut aralığında sıklıkla tespit edilmeleri, bu virüslerin plankton ekolojisinde daha önce düşünülenden daha yaygın bir rol oynayabileceği fikrini güçlendirmektedir.

PelV-1'in kuyruğunun olağanüstü uzunluğu, tam işlevi hakkında sorular gündeme getiriyor. Yazarların belirttiği gibi, “uzun uzantı, düşük biyokütleli sistemlerde konak karşılaşma oranlarını artırabilir.” Bu, evrimin bu virüse açık okyanustaki potansiyel hedeflerin kıtlığını telafi etmek için fiziksel bir araç sağladığını gösteriyor.

Biyoloji ve viroloji açısından çıkarımlar

PelV-1'in keşfi, deniz virüslerinde bilinen morfolojik ve genetik çeşitlilik yelpazesini genişletmektedir. Ayrıca, fitoplankton virüslerinin okyanus besin ağları ve karbon döngüsü gibi süreçler üzerindeki etkilerini daha iyi anlamak için izole edilmesinin ve incelenmesinin önemini vurgulamaktadır. Bu tür araştırmalar ayrıca, virüslerin konakçılarından genleri edinip yeniden kullanma ve geleneksel olarak hücresel organizmalarla ilişkilendirilen işlevleri entegre etme yeteneklerini de ortaya koyuyor.

Çalışma, bir viral uzantının rekor uzunluğunu belgelemekle kalmıyor, aynı zamanda morfolojinin viral ekolojiyi nasıl etkilediğini ve bu yapıların sağlayabileceği adaptif avantajları araştırmak için bir model sistem de sunuyor. PelV-1, dev virüslerin oligotrofik deniz ortamlarında konakçılarıyla nasıl etkileşime girdiğini ve bu etkileşimlerin küresel ölçekte ekosistemleri nasıl şekillendirdiğini anlamada önemli bir unsur olabilir.