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Martes 12 de octubre de 2010
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Todos sino pasado por alto hasta la última década, los virus marinas exceden en número lejos cualquier otra entidad biológica en el planeta. Los científicos están comenzando solamente a descubrir las partículas invisibles que son los dientes del sistema de la tierra, cambiando dinámica en telas de alimento, las industrias pesqueras, incluso clima.
En su laboratorio en el edificio del sur de las ciencias de la vida de la Universidad de Arizona, Matthew Sullivan abre la puerta de un gabinete de la incubadora. Las filas de los frascos de cristal aprietan los estantes. Sus partes inferiores se cubren con los líquidos que rielan en varias tonalidades del verde; cada uno lleva una etiqueta para la identificación. Sullivan saca uno de los frascos y lo fija sobre un banco de laboratorio.
“El color verde viene de algas microscópico pequeñas,” él dice. “Los utilizamos para cultivar los virus. Estos microbios sirven como sus anfitriones en el salvaje.”
El laboratorio de Sullivan acaba de recibir una concesión de investigación $1.6 millones del Gordon y la fundación de Betty Moore “desarrolla y aplica los acercamientos nuevos de la ecología del virus que permiten investigaciones más profundas de la estructura y de las actividades de las comunidades marinas naturales del virus y los acoplamientos entre los virus y sus anfitriones microbianos.”
Es decir cómo los virus funcionan con el planeta manipulando sus anfitriones microbianos.
Los “virus marinas son dientes integrales del sistema de la tierra,” Sullivan dice. “Las telas de alimento en la tierra son aprovisionadas de combustible por los microbios, y los microbios en el océano proporcionan un pedazo grande de eso.”
En promedio, una gota del agua de mar contiene cerca de 10 millones de virus, o 10 veces tantos microbios. Estos virus no son la clase que se separa alrededor y causa la gripe. En lugar infectan microbios en el océano, alterando la manera que afectan ecosistemas.
La mayoría de los biólogos no consideran organismos de vida de los virus porque no alimentan, crecen, tienen un metabolismo y no pueden reproducirse en sus los propios. En lugar, infectan las células huesped, inyectan su propio material genético y secuestran la maquinaria molecular de la célula para hacer más virus. En muchos casos, el ciclo viral de la reproducción mata la célula huesped, que estalla y lanza a un ejército de nuevas partículas del virus en el ambiente, alista para infectar otras células.
En 2008, Sullivan, profesor adjunto con citas comunes en los departamentos del UA de ecología y de biología evolutiva y de biología molecular y de célula, comenzó el laboratorio bacteriófago marina de Tucson para estudiar cómo los virus marinas obran recíprocamente con los microbios que alternadamente son conductores de los procesos globales más fundamentales.
Los “virus son solamente tan interesantes como sus anfitriones microbianos,” Sullivan dicen. “Y ésos son bastante importantes: conducen los ciclos biogeoquímicos globales del carbón, del nitrógeno, del sulfuro y del oxígeno; elementos que son cruciales para funcionar con todas las clases de conversiones de energía en el planeta.”
“Somos aprendiendo que los números enormes de virus marinas correctos en el corazón de todo el esto,” él agregamos. “Actúan como fuerza evolutiva de conducción de estos procesos microbianos: Matan sus células huesped, mueven genes a los nuevos anfitriones, modulan metabolismos del anfitrión durante la infección y pueden incluso servir como alimento para sus anfitriones.”
“Dado la abundancia y el papeles importante de virus en procesos globales, preguntamos qué clases de virus están hacia fuera allí y lo que están haciendo, cómo afectan los microbios y cómo obran recíprocamente con el ambiente. De nuestros datos preliminares podemos decir ya que no habríamos podido soñar con todas las interacciones diferentes, todos esos procesos biológicos en los océanos que los virus están implicados adentro.”
Vuelcan al hasta 50 por ciento de la población del mundo de microbios marinas cada día, matado por los virus, estimación de los científicos.
“Matando tales granes números de microbios, los virus en el salvaje están guardando probablemente mucha energía y el carbón de conseguir en niveles más altos en las telas de alimento,” Sullivan dice.
“Uno puede pensar en el carbón como clase de moneda para la energía en el sistema de la tierra, y el 50 por ciento de ése viene del océano,” Sullivan dice. “Solamente un poco durante hace 10 años, pensamos que el número era mucho más bajo.”
Nuestro planeta y todos los seres vivos no podrían sobrevivir sin el trabajo de los granes números de organismos invisibles que habitaban las aguas del océano y el piso de mar. las algas Solo-celuladas y las bacterias conocidas como fitoplacton utilizan energía de la luz del sol para extraer el dióxido de carbono del agua (y en última instancia de la atmósfera) y para convertirlo en la materia orgánica que forma la base de la cadena alimentaria. Este proceso se llama fotosíntesis.
En la mayoría de los libros de textos, la cadena alimentaria comienza con las algas y el cyanobacteria microscópico pequeños que hacen los alimentos del dióxido de carbono y de la luz del sol. Ahora resulta allí es una capa entera que miente debajo: virus.
“Hay cerca de 10 virus para cada microbio bastante mucho dondequiera usted mirada,” Sullivan dice. “A este punto, podemos cultivar el solamente cerca de 1 por ciento de microbios en el laboratorio, que los medios allí son el 99 por ciento que no sabemos realmente mucho sobre. Aquí es donde nuestro adentro - encontrar cabido los nuevos métodos maneras de perseguir abajo el otro 99 por ciento.”
El desafío más grande a estudiar virus es su tamaño minúsculo. Una alga solo-celulada, imperceptible con el ojo desnudo, puede acomodar hasta varios centenares de partículas del virus. Los investigadores deben por lo tanto subido con maneras de recoger virus de muestras y de concentrarlas y de separarlas según sus diversos tipos.
“Nuestra investigación es actualmente en la fase del descubrimiento,” Sullivan dice. “Desarrollar nuevos métodos de recoger y de identificar virus compone una parte enorme de nuestro trabajo.”
Con métodos existentes, los científicos podían extraer solamente un cuarto de todos los virus que flotaban en una muestra de agua de mar. Trabajando en el océano de la biosfera 2 del UA, los compañeros de trabajo de Sullivan descubrieron recientemente que simplemente agregando el cloruro del hierro a la muestra de agua, podrían atrapar el 95 por ciento de los virus en sus envases de recogida.
La mayor parte de el oxígeno que respiramos es lanzado en la atmósfera de tierra por dos especies de microbios: el cyanobacteria Prochlorococcus y Synechococcus. Son las células fotosintéticas más abundantes en el planeta y el laboratorio de Sullivan está especialmente interesado en estudiar los y los virus que los infecten.
En estudios anteriores, Sullivan descubrió algo inesperado: Los virus que infectan esos microbios tienen genes necesarios construir a partes importantes de la maquinaria fotosintética usada por los microbios para hacer el oxígeno.
¿Pero por qué un virus, una partícula sin vida sin el metabolismo sus los propios que depende de microbios vivos para replegar, llevaría genes que no puede utilizar?
“Cuando el virus infecta la célula, cerró la capacidad de los anfitriones de hacer cualquier cosa,” Sullivan explica. “Asume el control básicamente la maquinaria bioquímica y fuerza el anfitrión en la fabricación de más virus. Se va intacto solamente qué la célula necesita para permanecer vivo y para hacer las copias del genoma del virus.”
Para sobrevivir, el anfitrión depende de su maquinaria fotosintética. Durante fotosíntesis, una de las proteínas de la base de este aparato está conforme a tal altos desgaste y rasgón que necesite ser substituido sobre cada 30 minutos.
“El virus tiene el modelo para esa proteína porque necesitará substituirla que ha tomado una vez el control de la célula,” Sullivan dice. “Descubrimos tan que los virus afectan directamente la capacidad fotosintética de sus anfitriones, además de la matanza ellos y cambiando su ecología y su trayectoria evolutiva.”
“Discutible, ésa es solamente la punta del iceberg. Ése apenas sucede ser el un sistema del virus del océano que se ha mirado en cualquier detalle.”
Los virus marinas agregan una nueva dimensión entera a la evolución: Es fácil imaginarse cómo un virus asume el control el material genético de un anfitrión que resulte ser ventajoso y lo transfiera a otro microbio durante otro ciclo de la infección y de la réplica del virus.
“Parece como una buena manera de acelerar la evolución molecular,” Sullivan dice. “La especie del anfitrión podía incluso utilizar estos virus para saltar a continuación, probar nuevas maneras de desarrollarse más rápidamente.”
El grupo de Sullivan espera que su investigación descubrimiento-basada genere el conocimiento directamente aplicable para entender y para predecir mejor ecosistemas marinas e industrias pesqueras. Los científicos se centran en virus de los ambientes en los cuales mucha información está disponible.
Por ejemplo, su equipo muestreó virus de una zona mínima del oxígeno supuesto en el Pacífico subártico, en donde las andanas extensas del océano contienen poco o nada de oxígeno en las profundidades de cerca de 500 metros abajo a 2.000 metros.
“Esta zona tiene implicaciones enormes para las industrias pesqueras,” Sullivan dice, “así que los científicos lo han estudiado por los últimos 50 años para descubrir cómo el océano está respirando. Estamos interesados en la interacción entre los virus y los microbios en esa área, pero en el contexto de la física y de la química de eso ambiente subártico pacífico importante.”
Interesante, un grupo de microbios marinas, nombrado Marine Group A, que se encuentra por todas partes el globo pero adentro extremadamente - los números bajos, aparecen prosperar en las aguas oxígeno-agotadas de la zona mínima del oxígeno en donde se encuentra en considerables números.
“No sabemos cualquier cosa sobre ellos,” Sullivan dice. “Sabemos que ocurre de su “huella genética” pero no podemos cultivarla, así que no tenemos ninguna idea qué está haciendo.”
Las “zonas mínimas del oxígeno en el océano abierto son las áreas donde los microbios están produciendo los gases de efecto invernadero tales como metano y óxidos nitrosos. Las zonas pueden ser una mala cosa cuando se amplían, así que necesitamos entender porqué forman y cómo influencian las telas de alimento marinas. Estamos tan interesados en los microbios marinas del grupo A, porque son así que abundante en estas regiones y pueden producir algunos de estos gases importantes de la casa verde.”
“Otros científicos están desarrollando los modelos de ordenador de comunidades microbianas para entender mejor su papel en la base de la cadena alimentaria,” él agregan. “Nuestros experimentos pueden proporcionar los datos que son necesarios fijar los parámetros realistas para estas simulaciones.”
“Todo el esto es muy exploratorio,” él dice. “Podemos hacer esta clase de ciencia debido a las capacidades excepcionales del UA para la genómica, el proteomics y la bioinformática del alto-rendimiento de procesamiento. Si usted quiere estudiar interacciones biológicas complejas en el nivel de ecosistemas, usted necesita esa clase de infraestructura. Permite que usted abra nuevas ventanas en biología.”
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