Virus napadající kokolitku – mořskou řasu, která ovlivňuje celosvětové klima

Mořské řasy jako jednobuněčná Emiliania huxleyi mají významný ochlazující efekt na zemské klima. Množství a druhovou pestrost řas v oceánu však ovlivňují virové infekce. Výzkumný tým Strukturní Virologie z CEITEC Masarykovy univerzity pod vedením Pavla Plevky nyní s pomocí kryo-elektronové mikroskopie popsal strukturu viru EhV-201 infikujícího řasu Emiliania huxleyi, a také jeho replikační cyklus přímo uvnitř hostitelské buňky. Jejich výzkum ukazuje, jak se řasa brání infekci a jak virus využívá zdroje hostitelské buňky pro tvorbu svého potomstva.

Změna klimatu je jednou z nejnaléhavějších společenských výzev současnosti a lidstvo bude muset porozumět všem důležitým aspektům klimatických změn, aby je dokázalo zmírnit nebo se jim alespoň přizpůsobit a mořské řasy jsou jedním z faktorů ovlivňujících zemské klima. Emiliania huxleyi patří do skupiny řas zvaných kokolitky, protože produkuje drobné kalcitové disky, kokolity, kterými obaluje svůj povrch. Kokolity odrážejí světlo jako malá zrcátka a snižují tak absorpci slunečního záření oceánem. Kokolity obsahují uhlík a jejich usazování na mořském dně vede ke snižování koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře, čímž redukují jeho příspěvek ke skleníkovému efektu. Navíc Emiliania huxleyi produkuje látky, které spouštějí tvorbu mraků a přispívá tak k ochlazování atmosféry. Emiliania huxleyi roste celosvětově v oceánech s temperovanou a chladnou vodou, avšak její populační hustotu omezují kokolitoviry, jako je Emiliania huxleyi virus 201 (EhV-201). Výzkum skupiny strukturních virologů z CEITEC Masarykovy univerzity nyní přiblížil vědu zase o kousek blíž odpovědi na otázku, jak tyto viry obchází ochranné vrstvy na povrchu buněk Emiliania huxleyi a ničí tyto mořské řasy ve velkém.

CEITEC: Virus napadající kokolitku – mořskou řasu, která ovlivňuje celosvětové klima

Výzkumníci se zaměřili na vir EhV-201, který běžně infikuje řasu Emiliania huxleyi, avšak o jeho struktuře a replikačním cyklu bylo dosud známo jen málo informací. Rekonstrukci jeho trojrozměrné podoby jim však zkomplikovalo zjištění, že EhV-201 je pleomorfní, tzn. že každá virová částice je jedinečná. „Museli jsme použít tomografický přístup, abychom získali maximum informací z každé jednotlivé částice viru, a nakonec jsme prokázali, že virová částice EhV-201 je obalena dvěma membránovými vrstvami, mezi kterými leží virová kapsida. Vnější membrána viru je přichycena ke kapsidě několika typy transmembránových proteinů,“ uvádí první autor studie Miroslav Homola. „Částice EhV-201 infikují řasu Emiliania huxleyi tak, že se přichytí na její povrch a spojí vnitřní membránu viru s plazmatickou membránou buňky, čímž dojde k doručení virového genomu do buňky,” doplňuje vedoucí týmu Pavel Plevka.

CEITEC: Virus napadající kokolitku – mořskou řasu, která ovlivňuje celosvětové klima

Díky tomu, že studovali životní cyklus viru přímo v buňkách řas pomocí unikátních přístupů a škály nejmodernějších vizualizačních a rekonstrukčních metod, byli vědci z CEITEC Masarykovy univerzity schopni ukázat, že buňky Emiliania huxleyi se před virovou infekcí chrání kromě kokolitů několika dalšími membránovými vrstvami, které dosud nikdo u této řasy nepopsal. „Toto brnění umožňuje buňkám Emiliania huxleyi obelstít virus a přimět ho vypustit jeho genom mimo buňku, což zabrání infekci. Některé částice viru však najdou mezery v ochranných obalech, doručí svůj genom do cytoplasmy buňky a zahájí tak infekci. Za pomoci moderních kombinovaných elektronových a plasmových mikroskopů jsme vyřezali tenké lamely v zamražených buňkách infikovaných řas. Mohli jsme tak sledovat, jak viry tvoří v určitých místech buňky takzvané virové továrny, kde dochází ke skládání virového potomstva. Virus také rafinovaně odstraní ochranné vrstvy z povrchu infikované řasy, aby se mohl kontinuálně uvolňovat do prostředí a infikovat další buňky,“ uzavírá Homola.

Vědci od samého počátku projektu, jehož výsledky byly publikovány 10. 4. 2024 v časopise Science Advances, čelili mnoha výzvám. Počínaje tím, že pracovali v laboratoři uprostřed Evropy, avšak pro úspěšnou kultivaci řas potřebovali nasimulovat co nejvěrněji jejich přirozené prostředí v oceánu – dopravit „živou“ mořskou vodu do suchozemského státu bylo komplikované a neekonomické, proto nakonec využili vodu z místního mořského akvária.

Nezastupitelnou roli v určení struktury viru sehrály sdílené laboratoře na CEITEC Masarykovy univerzity vybavené špičkovými mikroskopy. Vědci navíc nemohli využít žádnou standardní rekonstrukční metodu, takže museli přijít s kombinací unikátních postupů. Díky tomu dokázali detailně popsat strukturu viru EhV-201 i jeho životní cyklus přímo uvnitř buněk řas Emiliania huxleyi.