Sotto la superficie dell'oceano, un virus sta dirottando il metabolismo dell'organismo più abbondante sulla Terra. Questo potrebbe interessare a quelli di noi sopra che respirano.

Gli scienziati della Rice University hanno analizzato il ruolo delle proteine ​​ferredoxin prodotte quando i fagi alterano la capacità del Prochlorococcus marinus di immagazzinare carbonio e contrastare l'effetto serra derivante dal consumo di combustibili fossili.

P. marinus è un cianobatterio fotosintetico che risiede principalmente nei tropici e subtropicali, dove si stima che da 10 a 27 (un ottalioni) di loro usino la luce solare per produrre ossigeno e immagazzinare collettivamente quattro gigatonnellate di carbonio all'anno. Parte di questo carbonio fornisce materie prime critiche per altri organismi marini.

Ma i fagi non sono loro amici. Il virus si rafforza rubando l'energia prodotta dai batteri dalla luce, riprogrammando il genoma della sua vittima per alterare il modo in cui trasferisce gli elettroni.

P. marinus e il suo meccanismo di immagazzinamento del carbonio sono sensibili alla temperatura, quindi vale la pena guardare mentre il cambiamento climatico riscalda gli oceani e ne estende la portata, ha detto Ian Campbell, un ricercatore post-dottorato di Rice e autore principale dello studio nel Journal of Biological Chemistry .

"La crescita nell'areale di questo organismo negli oceani potrebbe aumentare il carbonio totale immagazzinato da questi microbi, " ha detto. "In alternativa, i virus che infettano questi batteri potrebbero alterare la fissazione del carbonio e potenzialmente impedire che gigatoni di carbonio vengano prelevati dall'aria ogni anno, secondo una recente proiezione."

Campbell ha affermato che l'obiettivo dello studio era esplorare la varietà di modi in cui i virus interagiscono con i loro ospiti. Nel processo, i ricercatori hanno scoperto che il fago strappa il controllo del flusso di elettroni nell'ospite stesso, ricablando il metabolismo dei batteri. "Quando il virus infetta, interrompe la produzione delle proteine ​​batteriche e la sostituisce con le proprie varianti, " ha detto. "Lo paragono a mettere un diverso sistema operativo in un computer."

I ricercatori hanno utilizzato tecniche di biologia sintetica per combinare e abbinare proteine ​​fagiche e cianobatteriche per studiare come interagiscono. Una parte dello studio condotto dal biochimico George Phillips di Rice ha anche determinato per la prima volta la struttura di una proteina chiave della ferredossina dei cianofagi.

"Un fago di solito entra in una cella e uccide tutto, ", ha detto il biologo sintetico della Rice Jonathan Silberg, scienziato capo dello studio e direttore dei Sistemi dell'università, Programma di biologia sintetica e fisica.

"Ma i risultati di Ian suggeriscono che questi fagi stanno stabilendo un complesso meccanismo di controllo, " ha detto. "Non direi che hanno zombificato i loro ospiti, perché consentono alle cellule di continuare a svolgere alcune delle proprie attività domestiche. Ma stanno anche collegando le loro ferredossine, come cavi di alimentazione, per mettere a punto il flusso di elettroni."

Invece di lavorare direttamente con cianofagi e P. marinus, Campbell e il suo team hanno utilizzato strumenti di biologia sintetica per riprogrammare molto più grandi, batteri Escherichia coli meglio compresi per esprimere geni che imitavano le interazioni tra i due.

"Prendendo un fago e un cianobatterio dall'oceano e cercando di studiarne la biologia, soprattutto flusso di elettroni, sarebbe davvero difficile da fare attraverso la biochimica classica, " Disse Silberg. "Ian ha letteralmente preso partner sia dal fago che dall'ospite, metterli insieme codificando il loro DNA in un altro sistema cellulare, ed è stato in grado di sviluppare rapidamente alcuni risultati interessanti.

"È un'applicazione interessante della biologia sintetica per comprendere cose complesse che altrimenti sarebbero difficili da misurare, " Egli ha detto.

I ricercatori sospettano che la proteina che hanno modellato in E. coli, la ferredossina fagica Prochlorococcus P-SSM2, non è niente di nuovo. "La gente sapeva che i fagi codificano cose diverse che fanno il trasferimento di elettroni, ma non sapevano come collegare i fili tra il fago e l'ospite, " Ha detto Silberg. "Inoltre non sapevano molto sull'evoluzione del fago. La struttura chiarisce che questo fago può essere fatto risalire a specifiche proteine ​​ancestrali coinvolte nella fotosintesi".