Virus

The ISME Journal (2023)Citer cet article

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Les agents pathogènes bactériens et les virus sont les principales causes des maladies mondiales d’origine hydrique. Ici, nous avons découvert un paradigme naturel intéressant d'« auto-purification » de l'eau par le biais d'interactions virus-pathogènes sur un continuum de 1 432 km le long de la route médiane du canal de dérivation d'eau sud-nord (MR-SNWDC) en Chine, le plus grand canal de dérivation d'eau du sud vers le nord (MR-SNWDC). projet de transfert dans le monde. En raison de la teneur extrêmement faible en phosphore total (TP) (ND-0,02 mg/L) dans le MR-SNWDC, l'ensemble du canal a connu une limitation de longue durée en phosphore (P) depuis son exploitation en 2015. Basé sur 4443 métagénomes assemblés génomes (MAG) et 40 261 unités taxonomiques opérationnelles virales (vOTU) non redondantes dérivées de notre récente campagne de surveillance, nous avons constaté que les virus résidentiels soumis à des contraintes extrêmes en P devaient adopter des stratégies d'adaptation spéciales en hébergeant des génomes plus petits afin de minimiser la réplication des nucléotides, la réparation de l'ADN et les effets post-traductionnels. frais de modification. Avec la diminution de l'apport de P en aval, les pathogènes bactériens ont montré une condition environnementale et un potentiel de croissance réprimés, ainsi qu'une capacité affaiblie à maintenir l'acquisition de P, la formation de membranes et la biosynthèse des ribonucléotides. Par conséquent, les effets uniques de la prédation virale sous limitation de P, caractérisés par une augmentation des infections virales lytiques et une abondance accrue de gènes de ribonucléotide réductase (RNR) liés aux cycles de réplication de l'ADN nucléaire viral, ont conduit à une diminution inattendue des risques pour la santé liés aux pathogènes bactériens d'origine hydrique dans l'eau en aval. -les zones de réception. Ces résultats ont mis en évidence le grand potentiel de l’auto-épuration de l’eau associée à la dynamique virus-pathogène pour l’amélioration de la qualité de l’eau et la gestion durable des ressources en eau.

Les agents pathogènes bactériens constituent des populations à risque qui se propagent dans des environnements variés, tandis que les virus présentent les interactions les plus diverses et les plus fréquentes en tant que concurrents et prédateurs naturels de ces agents pathogènes. Les modes de vie viraux typiques comprennent des cycles d'infection lysogènes, lytiques et chroniques [1], avec des virus virulents contribuant à la lyse immédiate de l'hôte [2] et des virus tempérés intégrant les génomes dans les cellules hôtes pendant la période lysogène [3]. Comme la réplication et l'assemblage des virus dépendent fortement des hôtes pour leurs nutriments et leur énergie, des interactions fréquentes entre cellules et virus dans des conditions limitées en nutriments, en particulier dans des environnements limités en phosphore (P), pourraient réguler la dynamique des populations d'agents pathogènes et, par conséquent, affecter la qualité de l'eau dans les écosystèmes aquatiques.

De vastes répertoires de microbes aquatiques présentent une dynamique sensible associée à de multiples signaux environnementaux. Les changements de température, de pH et de teneur en nutriments agissent comme des sources de sélection naturelle pour les espèces à forte adaptabilité et entraînent de fortes fluctuations de la composition de la communauté [4]. Les nutriments tels que le P et l'azote (N) sont les principaux facteurs limitant la croissance des microbes phototrophes et pourraient affecter davantage la productivité des hétérotrophes à travers la boucle microbienne [5]. En théorie écologique, la loi du minimum de Liebig implique que le potentiel de croissance des micro-organismes peut dépendre du nutriment le plus limitant [6]. Trois valeurs de référence sont fournies pour la limite oligotrophe N ou P, basées sur les combinaisons de concentration totale de N (TN) et de P total (TP), y compris les critères de Dodd (TP < 0,025 mg/L, TN < 0,7 mg/L). , la norme de qualité de l'eau du Royaume-Uni (TP < 0,02 mg/L, TN < 1,5 mg/L) et la norme de qualité de l'eau de la Norvège (TP < 0,02 mg/L, TN < 0,6 mg/L) [7, 8]. Les fractions nutritionnelles (en particulier le rapport N:P) aident également à définir les limites nutritionnelles dans des environnements particuliers. Par exemple, le rapport Redfield de N:P fournit un rapport stœchiométrique de nutriments « optimal » (16:1) comme référence pour le phytoplancton marin et d’eau douce. Puisqu'un consensus sur le rapport stœchiométrique idéal des nutriments n'a pas été atteint pour les bactéries, le rapport de Redfield a été utilisé approximativement pour déduire des conditions potentielles limitées en N ou en P [9]. Certaines régions océaniques très préoccupantes et limitées en P affichaient des ratios N:P plus élevés que la valeur de Redfield selon les données de surveillance des séries chronologiques à long terme, par exemple, en Méditerranée orientale (~ 28:1), la série chronologique des Bermudes Atlantique Site d'étude (>24 :1) et station ALOHA dans le gyre subtropical du Pacifique Nord (16 :1–25 :1) [10,11,12]. De plus, Schanz et Juon considèrent le rapport N:P de 20:1 comme une valeur de référence pour déterminer les conditions limitées en P en eau douce [13]. Guildford et Hecky ont proposé qu'une limitation au P uniquement se produise lorsque le rapport N: P dépasse 22,6 dans les écosystèmes lacustres [14]. Une étude à grande échelle de centaines de lacs aux États-Unis a montré un rapport N:P moyen d'environ 54:1 dans les lacs limités en P [15]. Ces dernières années, des ratios N:P plus élevés ont également été observés dans les grands fleuves du monde, par exemple le fleuve Yangtze (~53:1), le fleuve Han (~65:1) et le fleuve Pô (~100:1). [16,17,18]. P est d'une importance fondamentale pour la synthèse de l'ATP, des acides nucléiques, des phospholipides et d'autres biomolécules clés (19). La diminution de la disponibilité du P peut affecter la biogenèse de la membrane cytoplasmique, entraînant une perturbation de l'homéostasie ionique et des modifications de la morphologie cellulaire (20). De plus, une carence prolongée en P pourrait provoquer une répression sévère des processus cellulaires de base, notamment la fixation du carbone, la réplication de l’ADN et la biosynthèse des protéines [21], et même induire un arrêt du cycle cellulaire et l’apoptose.