تقدير معدلات الإنتاج الفيروسات في النظم المائية
Summary
ويمكن تقدير معدل الدوران من الفيروسات في الأنظمة البحرية والمياه العذبة عن طريق الحد من تكرار وتقنية. البيانات تسمح للباحثين لاستنتاج معدلات وفيات فيروس الميكروبية التي تتوسط في النظم المائية.
Abstract
الفيروسات انتشارا هي مكونات النظم البحرية والمياه العذبة ، والمعروف أن وكلاء كبيرة من وفيات الميكروبية. وضع تقديرات كمية لهذه العملية أمر بالغ الأهمية لأننا يمكن أن تتطور ثم نماذج أفضل لهيكل المجتمع الميكروبية وظيفة فضلا عن تعميق فهمنا لكيفية عمل الفيروسات لتغيير دورات البيوجيوكيميائية المائية. تقنية تخفيض الفيروس يسمح للباحثين لتقدير السعر الذي يتم الافراج جزيئات الفيروس من المجتمع الميكروبية المتوطنة. باختصار ، هو انخفاض وفرة من الفيروسات (خارج الخلية) في عينة مجانية بينما يتم الحفاظ على تركيز المجتمع الميكروبية في المحيط القريب. ومن ثم حضنت المجتمع الميكروبية في غياب الفيروسات مجانا والمعدل الذي فيروسات تتكرر في العينة (من خلال تحلل أعضاء المصابة بالفعل للمجتمع) يمكن قياسها كميا بواسطة المجهر epifluorescence أو ، في حالة من فيروسات محددة ، والكمية PCR. ويمكن عندئذ أن تستخدم هذه المعدلات لتقدير معدل وفيات نتيجة لتحلل الميكروبي خلية الفيروس بوساطة.
Protocol
Discussion
وثمة عنصر حاسم في فهم كيفية تأثير الفيروسات المجتمعات الميكروبية البحرية لتحديد المعدل الذي يتم إنتاج جسيمات الفيروس. بالنظر إلى أن الكميات المتوفرة هي (أكثر أو أقل) ثابتة في معظم أنظمة (ويلهلم Suttle 1999 ، Weinbauer 2004) ، وتتم إزالة تلك الفيروسات أو جعلها غير المعدية بسرعة في النظم المائية (ويلهلم وآخرون 1998) ، ثم يجب أن تكون معدلات الإنتاج النسبية السريع ليحل محل جزيئات المفقودة.
تقدير معدل وفيات الفيروسات تتسبب في المجتمع الميكروبية يتطلب معرفة كيفية العديد من الفيروسات يتم إنتاجها في كل مرة فيروس lyses خلية ("حجم الانفجار"). يمكن أن تنفجر أحجام الفيروس في عينات طبيعية تختلف إلى حد كبير. ويمكن تحديد أحجام انفجر مباشرة انتقال المجهر الإلكتروني (على سبيل المثال ، وWeinbauer Peduzzi 1994) ، ولكن هذا غالبا ما يتجاوز قدرات مختبر معين ، أو ليست دائما عملية. في الحالات التي لا يمكن تحديدها تجريبيا ، يمكن استخدام قيم الأدب من 24 فيروسات في حال lytic للأنظمة البحرية و 34 لنظم المياه العذبة (بارادا وآخرون 2006). إذا تم تقسيم معدل إنتاج الفيروس عن طريق هذا الرقم ، والنتيجة هي وفرة من الخلايا لكل وحدة التخزين التي دمرتها الفيروسات على أساس يومي. ثم يمكن لهذه الميكروبات lysed تكون القيمة مقسوما على وفرة المخزون يقف الجرثومي مما أسفر عن وفيات الفيروس الناجم عن النظام في السؤال : تتراوح التقديرات الحالية في المئة من عدد قليل من السكان تقريبا كامل وغالبا ما تعتمد على عوامل أخرى في النظام في السؤال (ويلهلم وماتيسون 2008). لتحديد النسبة المئوية من مجموع الوفيات في كثير من الأحيان يتم ضرب هذا الرقم من قبل اثنين من (العمل من افتراض أن 50 ٪ من الخلايا تستمر في التكاثر ويتم فقدان 50 ٪ من الخلايا ، Weinbauer 2004).
نظرا إلى أن المواد الغذائية وتتبع عنصر التوافر البيولوجي (على سبيل المثال ، N ، P ، الحديد) يمكن أن يحد من معدل الإنتاجية الأولية ، وكما تدفق الكربون من هذا القبيل ، من خلال النظم المائية ، وفهم دور وفيات فيروس يحركها الميكروبية في هذه العملية أصبحت تهم geochemists البحرية. وتوجد حاليا عدة تقديرات تشير إلى أن الفيروسات الافراج عن تركيزات كبيرة من العناصر الغذائية مرة أخرى إلى عمود الماء على أساس يومي (رو وآخرون 2008 ، هيغنز وآخرون 2009) والتي يتم استيعابها بسرعة هذه العناصر من قبل المجتمع الجرثومية (Poorvin وآخرون بن ، 2004 ، Mioni وآخرون 2005). ويمكن تحديد نسبة تدفق المواد الغذائية على البيئة عن طريق ضرب عدد الخلايا التي دمرها كمية من الخلايا في المغذيات (الرمز "الحصص"). ويمكن تقديم هذه المعلومات عنصرا حاسما في فهمنا للكيفية التي تعمل في شبكات الغذاء الجرثومية عبر النظم المائية.
التطورات الجارية : الجهود الحالية لسلسلة من المجموعات البحثية تشمل التكيف مع الاستراتيجية المذكورة أعلاه لتعداد فيروسات محددة داخل المجتمع ، وعلى هذا النحو ، لتحديد كيفية تأثر الكائنات محددة من نشاط الفيروس. للقيام بذلك استخدم الباحثون سلسلة البلمرة الكمية التفاعل (qPCR) لتقدير وفرة من الجماعات فيروسات محددة أو الأسر في موازية لتقديرات المجتمع فيروس الكلي. ثم يتم تطبيق نتائج مباشرة لتقديم تقديرات لمعدل وفيات الفيروس ، ودوران المغذيات ، الخ العوالق للجماعات معينة. وهذا النهج قوية جديدة تسمح للباحثين في السنوات المقبلة لحفر أعمق بكثير في العمليات المرتبطة الفيروسات والايكولوجيا ، للمرة الأولى ، لقياس التفاعلات بين المجتمعات المضيفة للفيروسات محددة وراء القيود التي تفرضها النظم المختبرية.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيد نشر هذا المقال عن طريق منحة من مكتب البحوث في جامعة ولاية تينيسي. المؤلفان بالشكر إلى الجيل السابق من الطلاب والباحثين التي عملت على صقل هذه الإجراءات. وأيد البحوث من المنح المقدمة من مؤسسة العلوم الوطنية (NSF – 0851113 ، 0825405 ، وجبهة الخلاص الوطني ، جبهة الخلاص الوطني 0550485).
Materials
| Material Name | Type | Company | Catalogue Number | Comment |
|---|---|---|---|---|
| 2.5% p-phenylenediamine | Acros | 130575000 | Stock for Antifade | |
| Amicon Proflux M12 system | Millipore | N/A | Any ultrafiltration device may be used for this step | |
| SYBR Green I nucleic acid gel stain | Invitrogen | S-7563 | ||
| Helicon S10 30kDa Filter | Millipore | CDUF010LT | ||
| Pelicon XL filters 0.22 μm | Fisher | PXGVPPC50 | ||
| GE 0.2 μm PCTE membrane filters (47mm) | Fisher | 09-732-35 | ||
| Millipore Labscale Tangential Flow Filtration System | Millipore | XX42LSS11 | Other TFF systems may be used for this step | |
| 0.45 μm Micronstep, Cellulosic, white plain filters (25mm) | Fisher | E04WP02500 | ||
| GE Whatman 0.02 μm Anodisc filters (25mm) | Fisher | 68-09-6002 | ||
| Leica DMRXA microscope | Any epifluorescence microscope with a blue filter set may be used | |||
| 20L polycarbonate carboys | Fisher | |||
| Glycerol | Fisher | BP229-4 | ||
| PBS (0.05 M Na2HPO4, 0.85% NaCl, pH 7.5) | Fisher | BP329-500, S640-500 | ||
| 50% Glutaraldehyde | Fisher | G151-1 | ||
| Corning 2 mL Cryovials-External Thread polypropylene | Fisher | 09-761-71 | Any cryovials may be used | |
| Corning 5 mL Cryovials-External Thread polypropylene | Fisher | 09-761-74 | Any cryovials may be used | |
| 85% H3PO4 | Fisher | A242-212 | Spiral Membrane storage | |
| NaOH pellets | Fisher | S318-3 | M12 cleaning | |
| Graduated Cylinders | ||||
| Isopore 0.8-μm pore-size membrane filter (142mm) | Millipore | ATTP14250 | ||
| Millipore Stainless Steel Pressure Filter Holder (142mm) | Fisher | YY30 090 00 |
References
- Higgins, J. L., Kudo, I., Nishioka, J., Tsuda, A., Wilhelm, S. W. The response of the virus community to a mesoscale iron fertilization in the sub-Arctic Pacific Ocean. Deep-Sea Res II. 56, 2788-2795 (2009).
- Mioni, C. E., Poorvin, L., Wilhelm, S. W. Virus and siderophore-mediated transfer of available Fe between heterotrophic bacteria: characterization using a Fe-specific bioreporter. Aquat Microb Ecol. 41, 233-245 (2005).
- Noble, R. T., Fuhrman, J. A. Use of SYBR Green I for rapid epifluorescence counts of marine viruses and bacteria. Aquat Microb Ecol. 14, 113-118 (1998).
- Parada, V., Herndl, G., Weinbauer, M. G. Viral burst size of heterotrophic prokaryotes in aquatic systems. J Mar Biol Assoc U K. 86, 613-621 (2006).
- Poorvin, L., Rinta-Kanto, J. M., Hutchins, D. A., Wilhelm, S. W. Viral release of Fe and its bioavailability to marine plankton. Limnol Oceanogr. 49, 1734-1741 .
- Rowe, J. M., Saxton, M. A., Cottrell, M. T., DeBruyn, J. M., Berg, G. M., Kirchman, D. L., Hutchins, D. A., Wilhelm, S. W. Constraints on virus production in the Sargasso Sea and North Atlantic. Aquat Microb Ecol. 52, 233-244 (2008).
- Weinbauer, M. G. Ecology of prokaryotic viruses. FEMS Microbiol Rev. 28, 127-181 (2004).
- Weinbauer, M. G., Peduzzi, P. Frequency, size and distribution of bacteriophages in different marine morphotypes. Mar Ecol Prog Ser. 108, 11-20 (1994).
- Weinbauer, M. G., Winter, C., Hö, f. l. e., G, M. Reconsidering transmission electron microscopy based estimates of viral infection of bacterioplankton using conversion factors derived from natural communities. Aquat Microb Ecol. 27, 103-110 (2002).
- Wen, K., Ortmann, A. C., Suttle, C. A. Accurate estimation of viral abundance by epifluorescence microscopy. Appl Environ Microbiol. 70, 3862-3867 (2004).
- Wilhelm, S. W., Brigden, S. M., Suttle, C. A. A dilution technique for the direct measurement of viral production: a comparison in stratified and tidally mixed coastal waters. Microb Ecol. 43, 168-173 (2002).
- Wilhelm, S. W., Matteson, A. R. Freshwater and marine virioplankton: a brief overview of commonalities and differences. Freshw Biol. 53, 1076-1089 (2008).
- Wilhelm, S. W., Poorvin, L., Paul, J. H. . Quantification of algal viruses in marine samples. , 53-66 (2001).
- Wilhelm, S. W., Suttle, C. A. Viruses and nutrient cycles in the sea. Bioscience. 49, 781-788 (1999).
- Wilhelm, S. W., Weinbauer, M. G., Suttle, C. A., Jeffrey, W. H. The role of sunlight in the removal and repair of viruses in the sea. Limnol Oceanogr. 43, 586-592 (1998).
- Winget, D. M., Williamson, K. E., Helton, R. R., Wommack, K. E. Tangential flow diafiltration: an improved technique for estimation of virioplankton production. Aquat Microb Ecol. 41, 221-232 (2005).
