Studie zu Flavophagen

Viren in der Nordsee

Forschende haben eine Studie zu Meeresviren veröffentlicht Bei ihren Forschungsarbeiten konzentrierten sie sich auf Viren im Zusammenhang mit der Frühjahrsblüte in der Nordsee.

Vor der Hochseeinsel Helgoland fanden Forschende um Nina Bartlau vom Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie eine dynamische Virengemeinschaft, die die Sterblichkeit der Bakterien der Nordsee und dadurch den Kohlenstoffkreislauf dieses Lebensraumes stark beeinflussen kann. Sie entdeckten außerdem zahlreiche Virenarten, die im Labor isoliert werden konnten.

Helgoland ist Deutschlands einzige Hochseeinsel. Im umgebenden Meer befinden sich zahlreiche Viren, die im Fokus der MPI-Forschenden standen. © Naomi Esken / Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie

In jedem Liter Nordseewasser leben im Durchschnitt Hunderttausende kleine Algen und eine Milliarde Bakterien. Darüberhinaus befinden sich in jedem Liter auch zehn Milliarden Viren. Sie befallen vorrangig Bakterien und haben einen großen und vielfältigen Einfluss auf ihr Umfeld, indem sie beispielsweise infizierte Zellen abtöten und zerfallen lassen oder deren Genexpression oder Erbgut verändern. Eine im ISME Journal veröffentlichte Studie gibt neue Einblicke rund um diese Viren.

„Trotz ihrer Bedeutung sind Viren eher selten ein Schwerpunkt der Meeresforschung“, sagt Erstautorin Nina Bartlau vom Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie. „Meines Wissens liefern wir hiermit die erste Studie, die sich mit Viren an Flavobakterien, den häufigsten Bakterien in Frühjahrsblüten, in der Nordsee beschäftigt.“

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Zahrreiche neue Viren entdeckt
Die Forschenden fanden viele neue und sehr vielfältige Phagen in der Nordsee. Als Phagen bezeichnet man Viren, die Bakterien befallen. Entsprechend heißen die hier untersuchten Viren, die sich auf Flavobakterien spezialisiert haben, Flavophagen. „Anzahl und Arten der Phagen veränderten sich im Laufe der Frühjahrsblüte. Beispielsweise fanden wir am Anfang der Blüte nur wenige Phagen, die über die Zeit immer mehr wurden. Auch konnten wir zeigen, dass eine bestimmte Phagenart nur über einen kurzen Zeitraum vorhanden ist und danach nur noch ihre Verwandten“, erklärt Mitautorin Cristina Moraru vom Institut für Chemie und Biologie der Meeresumwelt (ICBM) der Universität Oldenburg. Über die Jahre war die Gemeinschaft der Viren aber recht stabil, verschiedene Phagen konnten in zwei aufeinanderfolgenden Jahren gefunden und isoliert werden.

Bartlau und ihren Kolleginnen und Kollegen haben also zahlreiche Indizien gesammelt, die belegen: Viren haben großen Einfluss auf die Sterblichkeit der Bakterien in der Frühjahrsblüte. Die Bakterien wiederum sind dafür verantwortlich, die Reste abgestorbener Algen im Verlauf der Blüte abzubauen, wodurch das von den Algen aus der Atmosphäre aufgenommene Kohlendioxid großteils wieder frei wird. „Hier besteht eine mögliche Verbindung zwischen den Viren und dem globalen Kohlenstoffkreislauf, deren weitere Erforschung sicher sehr spannend wird“, so Bartlau.

In der Überzahl: Die winzigen Viren drängen sich dicht um die ihre deutlich größeren Wirte, die Bakterien. Etwa 10 bis 45 Prozent der Bakterien im Meerwasser sind von Viren befallen. © Georg Krohne

Kultivierung im Labor
Den Bremer Forschenden gelang es zudem, zahlreiche verschiedene und bisher unbekannte Viren im Labor in Bremen zu kultivieren. „Wir identifizierten 10 neue Gattungen und auch 10 neue Familien“, so Bartlau. Viele davon – um genau zu sein 9 der 10 Gattungen und 4 der 10 Familien – gab es bisher gar nicht in Kultur. „Diese neuen Isolate erlauben nun spannende Versuche im Labor, um unser Wissen über Flavophagen und die Rolle von Viren im Meer weiter zu vertiefen“, betont Bartlau. Und dieses Wissen geht dann weit über den Lebensraum Meer hinaus, denn einige der hier isolierten Virenfamilien haben auch Mitglieder, die im Süßwasser-, Abwasser- und Boden leben.

Beteiligte Institutionen
Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie, Bremen;
Institut für Chemie und Biologie des Meeres, Universität Oldenburg;
Imaging Core Facility, Biozentrum, Universität Würzburg;
Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Bremerhaven;
Quadram Institute Bioscience, Norwich Research Park, Norwich, UK.

Originalpublikation:
Nina Bartlau, Antje Wichels, Georg Krohne, Evelien M. Adriaenssens, Anneke Heins, Bernhard M. Fuchs, Rudolf Amann, Cristina Moraru (2021): Highly diverse flavobacterial phages isolated from North Sea spring blooms. ISME Journal. DOI: 10.1038/s41396-021-01097-4

Quelle: Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie

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