Diatomejski virusi in njihov vpliv na kroženje organske snovi v obalnem morju

Virusi so izjemno pomembni členi v morskih pelagičnih ekosistemih. Aktivno sodelujejo v morskih mikrobnih skupnostih preko okužb arhej, bakterij in fitoplanktona. Glavni učinek virusne okužbe fitoplanktona je tako imenovana 'virusna razklopitev', pri kateri se delci organske snovi v obliki živih celic in celičnih ostankov pretvorijo v raztopljeno obliko, ki zagotavlja substrat za heterotrofne prokarionte. To ima pomembne učinke na biološko ogljikovo črpalko (BCP), ki pa niso enoznačni. Z vrnitvijo organske snovi, ki se je nabrala v primarnih proizvajalcih, nazaj v raztopljeno obliko, se prekine transport ogljika skozi trofično verigo, hkrati pa ta omogoča nadaljnjo rast fitoplanktona v fotični coni. Nekateri produkti virusne lize lahko celo spodbujajo izvoz ogljika v globine, s čimer se poveča BCP. Večina raziskanih morskih virusov okužuje prokariontske organizme. Virusi, ki okužijo evkariontski fitoplankton, so veliko manj poznani, virusi diatomej, ene najbolj razširjenih in najpestrejših skupin fitoplanktona odgovorne za 40% morske primarne produkcije pa so bili prvič opisani šele leta 2004. Do danes so opisali in določili lastnosti približno 20 različnim virusom diatomej, ki okužujejo 7 različnih rodov. Vsi so majhni, veliki okoli 30 nm, z genomi ssRNA ali ssDNA. Vpliv virusne okužbe na populacije diatomej je lahko precejšen. Enačimo ga lahko z vplivom, ki ga ima na izgubo biomase diatomej zooplanktonsko objedanje. Vendar pa pomanjkanje podatkov in raziskav preprečuje integracijo virusne lize v študije strukture in funkcije fitoplanktonske združbe ter kasnejšo izdelavo robustnih modelov prenosa ogljika in produkcije. Zato moramo naše znanje o diatomejskih virusih, zlasti znanje o virusih ključnih taksonov, nujno razširiti. Diatomeje iz rodu Pseudo-nitzschia so po vsem svetu razširjene, cvetijo in lahko povzročijo motnje v zagotavljanju prehranske varnosti in zdravja ekosistema zaradi proizvodnje nevrotoksina domojske kisline. Obstoj virusov, ki okužujejo te diatomeje je bil do zdaj predpostavljen na podlagi študij navzkrižne okužbe z mešanimi virusnimi združbami, izoliranimi iz naravnih vzorcev. Na tako okužbo kaže tudi moja lastna, predhodna raziskava s transmisijsko elektronsko mikroskopijo (TEM), ki je z veliko verjetnostjo pokazala na prisotnost virusa v kulturi vrste Pseudo-nitzschia calliantha. Splošni cilj predlagane raziskave je razviti virusne sisteme in protokole za raziskovanje virusov diatomej, ki bodo omogočili poglobljeno razumevanje in raziskovanje ekologije planktona, prenosa organskih snovi, življenjskih ciklov diatomej in mehanizmov okužbe. Posebni cilji raziskave vključujejo: 1. Razširiti raziskave obstoječega infektivnega sistema diatomej Pseudo-nitzschia z avtohtonimi kulturami Pseudo-nitzschia različnih vrst in sevov iz Tržaškega zaliva. 2. Določitev lastnosti virusa s TEM in najsodobnejšimi genomskimi orodji, ki zajemajo sestavljanje virusnega genoma iz sekvenciranja viromov kultur in rudarjenje obstoječih transkriptomskih knjižnic za virusne sekvence. 3. Določitev funkcionalnih značilnosti virusa, kot so dinamika rasti virus-gostitelj, virusni titri in število enot virusa ob lizi ter določitev obsegov gostiteljev za različne seve in vrste. 4. Zasnova testa qPCR za sledenje virusu v okolju in kulturi. Pridobljene informacije bomo uporabili ob koncu projekta in pri nadaljnjem delu za njihovo integracijo v modele delovanja ekosistema in prenosa organskih snovi, ki večinoma nimajo virusne komponente. Predlagatelj te raziskave ima dokazane izkušnje pri molekularnem preučevanju fitoplanktona zlasti pa diatomej Pseudo-nitzschia. V predhodnih raziskavah virusov diatomej je spoznal metodološke in teoretične zahteve za izvedbo predlaganih aktivnosti. Ima močno institucionalno, infrastrukturno in znanstveno podporo Morske biološke postaje Piran ter Oddelka za biotehnologijo in sistemsko biologijo Nacionalnega inštituta za biologijo, kot tudi Kraljevega nizozemskega inštituta za raziskovanje morja.