Новое исследование ищет полезные свойства вирусов

Вирусы ответственны не только за боль в горле и заложенный нос. Исследователи полагают, что некоторые вирусы могут защищать своих хозяев от конкурентов и помогать им выживать. Несмотря на то, что вирусы практически повсюду и влияют на всё живое, учёные мало знают об их положительном влиянии на хозяев.

Национальный научный фонд США выделил пятилетний грант в размере $2 млн микробиологу Рэйчел Уитакер из Института геномной биологии Университета Иллинойса и междисциплинарной команде из нескольких учреждений. Цель — изучить идею совместной эволюции вирусов и их хозяев в лаборатории на модельной системе горячих источников Йеллоустонского национального парка.

«Я надеюсь обнаружить, что вирусы — не просто патогены, что они влияют на динамику более масштабным образом. Иногда они полезны для своих хозяев, выступая в роли симбионтов или мутуалистов», — сказала Уитакер.

Предварительные данные уже показали, что если организм переживает инфекцию, он может использовать вирус для уничтожения своих конкурентов в окружающей среде.

«Раньше считалось, что вирус заражает микроб и убивает его, или вообще не заражает. Мы поняли, что динамика гораздо сложнее. Теперь мы спрашиваем: если хозяева могут использовать свою вирусную инфекцию как оружие против конкурентов, как это влияет на популяции и их экосистемы? Это новый взгляд на вещи», — пояснила Уитакер.

Методы исследования

• Лабораторные эксперименты: Команда Уитакер будет изучать взаимодействия хозяин-вирус, включая затраты и выгоды хронических (долгосрочных) инфекций.
• Полевые исследования: Профессор вирусологии Марк Янг из Университета штата Монтана изучит эти взаимодействия в естественном горячем источнике с помощью устройства, разработанного профессором Сашей Хильгенфельдтом из Иллинойса.
• Моделирование: Эволюционный эколог Джошуа Вайц из Технологического института Джорджии использует полученные данные для создания теоретической и вычислительной эко-эволюционной модели взаимодействия вирусов и микробов.

Технология разделения частиц

Для систематического изучения природных популяций нужен метод разделения клеток хозяев и вирусов. Хильгенфельдт разработал устройство, которое в данный момент разделяет частицы размером от 2 до 10 микрометров в диаметре. Для сравнения, человеческий волос имеет ширину около 75 микрометров. Однако клетки архей имеют ширину всего 1 микрометр, а вирусы примерно в 10 раз меньше.

Чтобы устройство работало с такими мелкими частицами, потребуются «гидродинамические уловки»: более крупные клетки архей захватываются крошечным вихрем, вызванным осциллирующим пузырьком, в то время как более мелкие вирусы могут беспрепятственно проходить через канал.

«Это настраиваемый фильтр по размеру, потому что сила транспортного потока и сила вибрации пузырька определяют, частицы какого размера проходят, а какого — задерживаются», — объяснил Хильгенфельдт.

Дополнительные направления и значение работы

В рамках гранта Уитакер также планирует изучить адаптивный иммунитет микробов, когда хозяин способен распознавать инфекционные частицы (например, вирусы) и уничтожать их при повторном заражении.

«Эта работа довольно важна, потому что нет хорошего понимания того, как адаптивный иммунитет влияет на эволюцию патогенов», — отметила Уитакер.

Через проект SEED, финансируемый IGB, Уитакер использует аналогичный подход для изучения того, как бактериальный адаптивный иммунитет и вирусная инфекция влияют на популяционную динамику патогенов человека.

«Каждый организм на Земле заражается вирусами. Понимание этой динамики окажет большое влияние на наше понимание микробного мира».

Грант также поддерживает различные образовательные и просветительские инициативы, включая проект MICROBE, который разработает соответствующие возрасту учебные материалы для школьных классов на основе текущих исследований в микробиологии.