В беспозвоночных Белого моря обнаружены необычные вирусы

В каждом литре морской воды содержатся тысячи видов бактерий, многие из которых неизвестны науке. Кроме того, в каждой капле воды плавают миллионы вирусов, в том числе и врагов бактерий, бактериофагов. Все они влияют на жизнь различных морских обитателей. Кроме того, неизвестные науке микроорганизмы и вирусы могут быть опасны для человека. В то же время они могут натолкнуть нас на создание инновационных материалов, лекарств и исследовательских методов. Биологи из Санкт-Петербургского государственно университета и ФИЦ Биотехнологии РАН подробно изучили капсулы с бактериями внутри организмов-фильтраторов из Белого моря — мшанок — и нашли в них необычные вирусоподобные частицы. Результаты опубликованы на страницах научного журнала Scientific Reports. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда.

Мшанки — колониальные беспозвоночные животные, обитающие на морском дне и встречающиеся также в пресных и солоноватых водах. Свое название эти животные получили за сходство со мхами, покрывающими камни и другие поверхности. Как и колонии кораллов, мшанки состоят из множества идентичных модулей – зооидов, каждый размером меньше миллиметра. Из-за неподвижного образа жизни строение мшанок упрощено, но, несмотря на это, эти организмы продолжают удивлять биологов. У нескольких видов мшанок было обнаружено сложное взаимодействие с микроорганизмами, живущими в специальных органах мшанок, фуникулярных телах. Эти органы включают внутреннюю полость, окруженную двумя или более слоями клеток, и служат инкубатором для бактериальных скоплений. Ученые ФИЦ Биотехнологии РАН вместе с коллегами из Санкт-Петербурга исследовали структуру этих органов, их бактериальное «население» и открыли новые вирусоподобные частицы, которые оказались не похожими на все известные ранее вирусы-бактериофаги.

«Среди морских беспозвоночных очень распространены взаимовыгодные симбиозы с микроорганизмами — бактериями, простейшими, археями. Но если союзы коралловых полипов с микроводорослями-зооксантеллами или гавайских кальмаров со светящимися бактериями Vibrio fischeri вошли во все хрестоматии, симбиозы мшанок изучены не так подробно. Несмотря на большую важность симбионтов в жизни этих организмов, молекулярно-биологические и экспериментальные исследования фокусируются лишь на представителях нескольких родов мшанок», — рассказывает один из ведущих авторов научной статьи, доктор биологических наук, профессор Андрей Летаров, заведующий лабораторией вирусов и микроорганизмов ФИЦ Биотехнологии РАН.

Предыдущие исследования показали, что бактерии помогают защитить личинок мшанок от хищников, а также влияют на фертильность колоний. Кроме того, биологи выяснили, что симбионты мшанок со временем уменьшили размер своего генома, все больше полагаясь в выживании на организм хозяина. В результате они экономят ресурсы, но теряют самостоятельность, нужную для жизни «на воле». Это поддерживает идею, что бактерии передаются мшанками от родительского поколения к дочернему «по наследству». В 2021 году группа под руководством профессора, доктора биологических наук Андрея Островского опубликовала результаты исследований нескольких видов мшанок, относящихся к классам Gymnolaemata и Stenolaemata. При этом у двух из них при разрушении симбиотических бактерий были обнаружены вирусоподобные частицы.

В новой работе российские ученые при помощи световой и трансмиссионной электронной микроскопии подробно исследовали структуру фуникулярных тел у мшанки Dendrobeania fruticosa (также из класса Gymnolaemata). Биологи заинтересовались, как эти тела меняются в зависимости от сезона и стадии развития зооидов. Оказалось, что в июне, когда Белое море уже свободно ото льда, бактерии внутри фуникулярных тел бурно размножаются. С июня по сентябрь эти органы постепенно деградируют, и бактерий в них становится все меньше. Это происходит одновременно с появлением большого количества вирусоподобных частиц внутри клеток бактерий и в полости фуникулярных тел. Несмотря на то что разрушение бактерий, очевидно, связано с действием вирусов, полученная картина сильно отличается от всех известных проявлений «работы» бактериофагов.

При этом новые данные идут вразрез с общепринятым в научной литературе мнением, что бактерии-симбионты передаются из поколения в поколение. У мшанок Dendrobeania fruticosa большинство личинок формируется осенью — в сезон, когда бактерий в колониях уже не найти. В качестве альтернативы для некоторых мшанок возможен горизонтальный, а не вертикальный перенос бактерий — заражение от представителей того же вида. В этом случае зооиды могут приобретать бактерий прямо из морской воды. Другой вариант — приобретение симбионтов из окружающей среды на стадии свободноплавающей личинки. Это подкрепляется и новыми данными о геноме бактерий симбионтов — несмотря на сокращение его размера, они все еще могут выжить «на воле».

«Мы первыми описали сезонные изменения ультраструктуры и функций фуникулярных органов и бактерий внутри них, — подводит итоги Андрей Летаров. — Кроме того, зависимость наличия бактерий от возраста зоодов может говорить о том, что бактерии попадают в организм мшанок из окружающей среды. Несмотря на то что гипотеза наследования симбионтов широко распространена в литературе, молекулярные, морфологические и экологические данные ей противоречат».