Vírus

The ISME Journal (2023)Cite este artigo

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Patógenos bacterianos e vírus são as principais causas de doenças globais transmitidas pela água. Aqui, descobrimos um paradigma natural interessante de “autopurificação” da água através de interações vírus-patógenos ao longo de um continuum de 1.432 km ao longo da Rota Média do Canal de Desvio de Água Sul-Norte (MR-SNWDC) na China, o maior canal de desvio de água. projeto de transferência no mundo. Devido ao teor extremamente baixo de fósforo total (TP) (ND-0,02 mg/L) no MR-SNWDC, todo o canal sofreu limitação duradoura de fósforo (P) desde sua operação em 2015. Com base em 4443 montados com metagenoma genomas (MAGs) e 40.261 unidades taxonômicas operacionais virais não redundantes (vOTUs) derivadas de nossa recente campanha de monitoramento, descobrimos que os vírus residenciais que experimentavam restrições extremas de P tiveram que adotar estratégias adaptativas especiais, abrigando genomas menores para minimizar a replicação de nucleotídeos, reparo de DNA e pós-tradução. custos de modificação. Com a diminuição do fornecimento de P a jusante, os patógenos bacterianos mostraram aptidão ambiental e potencial de crescimento reprimidos, e uma capacidade enfraquecida de manter a aquisição de P, a formação de membranas e a biossíntese de ribonucleotídeos. Consequentemente, os efeitos únicos de predação viral sob limitação de P, caracterizados por infecções líticas virais aumentadas e uma abundância aumentada de genes da ribonucleotídeo redutase (RNR) ligados aos ciclos de replicação do DNA nuclear viral, levaram a riscos de saúde inesperadamente mais baixos causados ​​por patógenos bacterianos transmitidos pela água na água a jusante. -áreas de recepção. Estas descobertas destacaram o grande potencial da autopurificação da água associada à dinâmica vírus-patógeno para a melhoria da qualidade da água e a gestão sustentável dos recursos hídricos.

Os patógenos bacterianos são populações que espalham riscos em ambientes variados, enquanto os vírus mostram a interação mais diversa e frequente como competidores naturais e predadores desses patógenos. Estilos de vida virais típicos incluem ciclos de infecção lisogênica, lítica e crônica [1], com vírus virulentos contribuindo para a lise imediata do hospedeiro [2] e vírus temperados integrando genomas nas células hospedeiras durante o período lisogênico [3]. Como a replicação e montagem viral dependem fortemente dos hospedeiros para obter nutrientes e energia, as interações frequentes entre células e vírus sob condições limitadas em nutrientes, particularmente em ambientes com restrição de fósforo (P), podem regular a dinâmica populacional de patógenos e, consequentemente, afetar a qualidade da água nos ecossistemas aquáticos.

Grandes repertórios de micróbios aquáticos exibem dinâmicas sensíveis associadas a múltiplos sinais ambientais. Mudanças na temperatura, pH e conteúdo de nutrientes atuam como fontes de seleção natural para espécies com alta adaptabilidade e resultam em flutuações de alto nível na composição da comunidade [4]. Nutrientes como P e nitrogênio (N) são os principais fatores limitantes do crescimento de micróbios fototróficos e podem afetar ainda mais a produtividade dos heterótrofos através da alça microbiana [5]. Na teoria ecológica, a lei do mínimo de Liebig implica que o potencial de crescimento dos microrganismos pode depender de qual nutriente é mais limitante [6]. Três valores de referência são fornecidos para o limite oligotrófico N ou P com base nas combinações de concentração total de N (TN) e P total (TP), incluindo os critérios de Dodd (TP < 0,025 mg/L, TN < 0,7 mg/L) , o padrão de qualidade da água do Reino Unido (TP < 0,02 mg/L, TN < 1,5 mg/L) e o padrão de qualidade da água da Noruega (TP < 0,02 mg/L, TN < 0,6 mg/L) [7, 8]. As frações de nutrientes (especialmente a relação N:P) também ajudam a definir as limitações nutricionais em ambientes específicos. Por exemplo, a proporção de Redfield de N:P fornece uma proporção estequiométrica de nutrientes “óptima” (16:1) como referência para o fitoplâncton marinho e de água doce. Como não foi alcançado um consenso sobre a proporção estequiométrica ideal de nutrientes para bactérias, a proporção de Redfield tem sido usada aproximadamente para inferir condições potenciais limitadas por N ou limitadas por P [9]. Algumas regiões oceânicas de grande preocupação com limitação de P apresentaram proporções N:P mais altas do que o valor de Redfield, de acordo com os dados de monitoramento de séries temporais de longo prazo, por exemplo, no Mediterrâneo oriental (~28:1), na série temporal do Atlântico das Bermudas. Local de estudo (>24:1) e a estação ALOHA no giro subtropical do Pacífico Norte (16:1–25:1) [10,11,12]. Além disso, Schanz e Juon consideram a relação N:P de 20:1 como um valor de referência para determinar condições limitadas de P em água doce [13]. Guildford e Hecky propuseram que a limitação apenas de P ocorre quando a proporção N: P excede 22,6 em ecossistemas lacustres [14]. Uma investigação em macroescala de centenas de lagos nos EUA mostrou uma proporção média de N:P de ~54:1 em lagos com P limitado [15]. Nos últimos anos, proporções N:P mais elevadas também foram observadas em grandes rios globais, por exemplo, o Rio Yangtze (~53:1), o Rio Han (~65:1) e o Rio Pó (~100:1). [16,17,18]. P é de fundamental importância para a síntese de ATP, ácidos nucléicos, fosfolipídios e outras biomoléculas importantes [19]. A diminuição da disponibilidade de P pode afetar a biogênese da membrana citoplasmática, levando à ruptura da homeostase iônica e alterações na morfologia celular [20]. Além disso, a deficiência prolongada de P pode causar repressão severa de processos celulares básicos, incluindo fixação de carbono, replicação de DNA e biossíntese de proteínas [21], e até mesmo induzir parada do ciclo celular e apoptose.