22 september 2016

Publicatie Nature

Nieuwe rol van oceaanvirussen in kringloop ontdekt

Marine virusses
Virussen (kleine groene stipjes), bacteriën (grotere groene vlekjes) en fytoplankton (rode vlekken) in een druppel zeewater. Foto: Corina Brussaard (NIOZ)

In hun zoektocht naar nieuwe virussen in de oceaan, ontdekten wetenschappers onder leiding van de Ohio State University nieuwe soorten die een rol spelen in de kringloop van grondstoffen. Tot nu toe dacht men dat die rol vooral was weggelegd voor bacteriën. De virussen zaten tussen de duizenden onbekende virussen die de onderzoekers aantroffen. Bioinformaticus Bas Dutilh van de Universiteit Utrecht identificeerde deze nieuwkomers. In het tijdschrift Nature dat vandaag verschijnt staan ze beschreven.

Tara Oceans

De onderzoekers keken naar het DNA in 104 watermonsters uit de diepe en ondiepe wateren van alle wereldzeeën. Ze verzamelden die monsters tijdens een expeditie van het Tara Oceans project, waarbij het zeilende onderzoeksschip Tara wordt ingezet om onder meer klimaatverandering en biodiversiteit te bestuderen. Van maar liefst 15 duizend virussen konden de onderzoekers de genetische opmaak vastleggen. Daarmee is het aantal bekende oceaanvirussen in één keer verdrievoudigd.

Uitpluizen

Dat er gigantische hoeveelheden virussen circuleren in zee, was al bekend. Maar pas sinds kort hebben technologische ontwikkelingen het mogelijk gemaakt om ze nauwkeurig te bestuderen. Daarbij kwam de expertise van de onderzoeksgroep van Bas Dutilh om de hoek kijken. Die groep is gespecialiseerd in het identificeren van individuele virussen uit grote hoeveelheden DNA afkomstig uit één ecosysteem, in dit geval de oceaan. Dergelijke metagenomen, zoals ze genoemd worden, bevatten de genetische informatie van alle micro-organismen en virussen door elkaar. Dutilh ontwikkelt nieuwe manieren om deze metagenomen uit elkaar te pluizen en te interpreteren.

Globetrotters

Sommige virussen komen alleen voor op een bepaalde locatie, blijkt uit deze studie. Anderen zijn echte globetrotters en hebben zich over alle oceanen verspreid. Van enkele virussen konden de onderzoekers ook de functie vaststellen: zij bleken een belangrijke rol te spelen in de kringloop -  ook wel de nutriëntenstroom - van de grondstoffen zwavel en stikstof. Voorheen werd die functie toegeschreven aan bacteriën. “De virussen beïnvloeden die nutriëntenstromen deels door te doen waar ze bekend om staan: ze veroorzaken een infectie en helpen zo elke dag naar schatting veertig procent van alle mariene bacteriën om zeep,” vertelt Dutilh, die naast zijn aanstelling aan de Universiteit Utrecht ook verbonden is aan het Radboudumc in Nijmegen. Daarnaast veranderen sommige virussen het metabolisme van de bacterie die ze geïnfecteerd hebben, waardoor diens rol in de nutriëntenstroom verandert. “Omdat we nu ook vrij gedegen methoden ontwikkeld hebben om virussen aan de juiste bacteriën te linken komt dit steeds beter in beeld.”

“Donkere materie”

Virussen zijn de grote onbekenden in het ecosysteem van de biosfeer, en worden daarom ook wel de biologische "donkere materie" genoemd. De ontdekking dat zij de zwavel- en stikstofcyclus beïnvloeden, opent nieuwe manieren om te kijken naar de nutriëntenstromen op aarde. Die stromen zijn van belang voor de omgeving, bijvoorbeeld vanwege de samenhang met klimaatverandering. Dutilh: “In toekomstige onderzoeksmodellen van het ecosysteem kunnen we de virussen nu een plaats geven. Dat levert een beter totaalplaatje op.”

Publicatie

Ecogenomics and potential biogeochemical impacts of globally abundant ocean viruses.
Simon Roux, Jennifer R. Brum,  Bas E. Dutilh*, Shinichi Sunagawa, Melissa B. Duhaime, Alexander Loy, et al.
Nature (2016) doi:10.1038/nature19366
*verbonden aan de Universiteit Utrecht

Integrative Bioinformatics

The Utrecht Bioinformatics Center performs life science research using big data analysis on DNA, genes, proteins and cells. We develop innovative methods that are at the foundation of solving important problems in for example cancer genomics and molecular evolution, by integrating data from various sources.

The Utrecht Bioinformatics Center is a large community of world class bioinformaticians. We share expertise, education and high performance computing to realise projects ranging from understanding the worldwide difference in the human genome to discovering new viruses.