Microbiologie in hapklare porties
De heerschappij van virussen in zure mijnafvoer
Wist je dat mijnbouw bijdraagt aan minstens 40% van de watervervuiling? In 2013 publiceerde Earthworks “Polluting the Future” waarin de onthutsend grote hoeveelheid water (bijv. 16,7-16,9 miljard gallons per jaar in de VS) die alleen door mijnbouw wordt vervuild, wordt belicht. Een aanzienlijk enorme bron van watervervuiling, nietwaar? Stel je nu de kosten voor die nodig zijn om het te behandelen, als het al wordt overwogen…. Het is inderdaad een zware taak. Daarom is dit artikel over mijnontwatering belangrijk voor ons. Maar laten we beginnen met: wat is het?
Een dergelijke waterverontreiniging wordt toegeschreven aan mijnbouwactiviteiten als mijnontwatering, en het zijn in wezen drie soorten:
- Zuur: het water is zeer zuur (pH 3) en rijk aan zware metalen.
- Alkalisch: doet zich voor wanneer calciet of dolomiet in hoge mate aanwezig is.
- Metaal: wanneer hoge concentraties lood of andere metalen uit deze verlaten mijnen in de waterbron terechtkomen.
Gezien de enorme milieu- en economische gevolgen, naast andere factoren, richt dit artikel zich op zure mijnafvoer (AMD) en het dynamische microbiële ecosysteem ervan; en meer in het bijzonder hoe virussen met omgevingsfactoren de samenstelling van microbiële gemeenschappen in AMD regelen.
Why Viruses in Acid Mine Drainage systems?
Waarom virussen in afvoersystemen van zure mijnen?
Hoewel minder bestudeerd dan andere levensvormen in AMD, spelen virussen een belangrijke rol bij het beïnvloeden van de dynamiek van dit ecosysteem dat het leven in stand houdt ondanks onherbergzame, sterk zure omstandigheden.
In een recente studie van Zhenghua Liu en team (2023) kon 96% van de virussen niet worden geclassificeerd en bleven dus dubbelzinnig. En toch werden deze onbekende virussen evenzeer beïnvloed door de pH en de microbiële rijkdom, aangezien zij een intieme interactie aangingen met de microben in het AMD.
Het belang van virussen voor de evolutie van het genoom van de gastheer is ook gebleken uit eerdere studies waarbij microben uit AMD werden geïsoleerd. Zo werden virale genen die verantwoordelijk zijn voor de energievoorziening in omgevingen met weinig nutriënten aangetroffen in de heterotrofe bacterie Alicyclobacillus.
Regeren onder invloed van omgevingsfactoren
Virussen stabiliseren het ecosysteem op vele manieren. Soms azen ze op microbiële cellen, vooral de snelle groeiers, en andere keren synchroniseren ze zich met de gastheer om deze te helpen gedijen. Maar ze zorgen er altijd voor dat ze in het systeem blijven, wat er ook gebeurt.
Het reguleren van de microbiële overvloed kan op twee manieren gebeuren.
Ten eerste komt een toename van virussen in AMD niet altijd overeen met veranderingen in de microbiële overvloed; soms blijft de microbiële belasting ondanks een toename van het virusgehalte toch stagneren. Dit wordt gezien in Acidiphilium.
Bij chemo-autotrofen zoals Thermoplasmatota is er echter een verschuiving. De virale belasting neemt toe met de overvloed van de gastheer. Aangezien virussen gewoonlijk kiezen voor een lysogene cyclus in plaats van een lytische (meer details over de cycli hier), worden ze in toenemende dichtheid aangetroffen naarmate de gastheercellen talrijker worden. Op dat moment bieden virussen een concurrentievoordeel aan dominante gastheer soorten via virale genen en een grotere overvloed aan gastheren. Deze geïnduceerde concurrentie leidt tot selectie van de sterkste.
Bovendien zijn virussen sluw met als ultiem motto “alleen overleven en vermenigvuldigen“. Het is dus geen wonder dat zij hun gastheren manipuleren om hen te controleren; dit kan door gastheer concurrentie te induceren (extra voedselvoorrecht voor Sulfobacillus door hun geheime gen te delen), of door hen te helpen bij aanpassing aan de omgeving (door genereus een overlevingspakket (gen) te schenken voor de celwandloze Cuniculiplasma om zich aan te passen aan de zure AMD) door het metabolisme van de gastheer te herprogrammeren via hulpstofgenen (AMG’s).
In dit ruilsysteem komen gastheren naar voren als de best aanpasbare overlevenden in AMD, terwijl fagen van hun kant de gastheren aanzetten tot extra energieverbruik en een vleugje extra metabole belasting van de microbiële gastheercellen om zich te vestigen.
Virussen geven vorm aan de microbiële gemeenschap
Veranderingen in het gedrag van soorten dankzij virale interferentie kunnen de structuur van de gemeenschap verder veranderen. Terwijl virussen het evolutionaire traject en de fylogenie van microben beïnvloeden, overrulen zij soms zelfs milieuselectie om het systeem te stabiliseren.
Dit gebeurt bij AMD in kopermijnen, waar virussen de microbiële gemeenschap evenzeer beïnvloeden als de omgeving. Maar in AMD, met meerdere metalen (polymetaal), overschaduwen virussen zelfs de omgeving als het gaat om het beïnvloeden van de samenstelling van de microbiële gemeenschap.
Willen de virussen hun charme kunnen uitoefenen, dan moeten de microben in het gastheerbereik van de virussen vallen en er gevoelig voor zijn. Daarom is virale predatie op microben nogal heterogeen van aard en niet homogeen (vergelijkbaar) binnen de AMD.
Vandaar dat zij de gemeenschap prominenter kunnen vormen. Zouden virussen niet-specifiek zijn en een groot gastheerbereik hebben, dan zou virale predatie als homogeen worden beschouwd, en dan zouden ze ook door omgevingsfactoren worden beheerst. Wat een fijne balans tussen bespeeld worden en het spel spelen, nietwaar?
Tenslotte…
Virussen in AMD zijn aanzienlijk nog onbekend, divers, en verschillen zelfs per AMD. Desondanks zijn het behoorlijk slimme beestjes die een immense macht uitoefenen om de microbiële cirkel vorm te geven – soms beïnvloed door de natuur, of andere keren zelfs schadelijk voor de invloed van het milieu!
De wetenschappers die bij het onderzoek betrokken waren, hebben het gedaan! Ze hebben de zoektocht volbracht en antwoorden gevonden die de machtsdynamiek tussen de spelers in het onherbergzame AMD ontrafelden, en het is duidelijk wie de baas van dit systeem is: de virussen!
Link to the original post: Liu, Z., Huang, Y., Zhang, T., Meng, D., Jiang, Z., Yang, Z., … & Yin, H. (2023). Viruses Regulate Microbial Community Assembly Together with Environmental Factors in Acid Mine Drainage. Applied and Environmental Microbiology, e01973-22.
DOI: https://doi.org/10.1128/aem.01973-22
Featured image: Original image created by Tejaswini Petkar using biorender.com and craiyon.com.
Vertaald door: Liang Hobma
micro-bites.org 