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Los virus en ecosistemas extremos de la Antártida Antonio Alcami Centro de Biología Molecular Severo Ochoa El tamaño y morfología de los virus! Bacteriófagos: ciclo lítico y lisogénico! Procariotic virus! bacteriophage T4! (bacteria)! Virus de la viruela! Virus vaccinia! Los virus en los ecosistemas ! Los virus son las entidades biológicas más ABUNDANTES y DIVERSAS del planeta:! -1.000 millones partículas de virus (VLP) por litro de agua de mar! -10.000 millones VLP por kilogramo de suelo! 4x1030 virus en los océanos (longitud de 100 nm)! Los virus se extenderían 10 millones de años luz! 100 veces la distancia a través de nuestra galaxia! Masa en carbono equivalente a 75 millones de ballenas azules! Los virus matan un 20% de los microbios en el océano cada día! Los virus que infectan cyanobacterias marinas poseen genes implicados en la fotosíntesis. La infección viral aumenta la supervivencia del hospedador y adaptación a nuevos ambientes! • Curtis Suttle (2005) Nature 437:356! Por qué estudiar los virus de la Antártida? - La Antártida ha estado aislada durante unos 20 millones de años con poca influencia humana (últimos ambientes prístinos de la Tierra) - Virus que han evolucionado aislados del resto del planeta - Virus adaptados a condiciones extremas de vida - Virus del continente antártico completamente desconocidos - Ecosistemas sencillos Antártida Polo Norte (Ártico) Océano rodeado de tierra Polo Sur (Antártida) Continente rodeado de océano No hay osos polares !! Antártida 98% cubierto por hielo - clima desértico - temperaturas muy bajas (-89oC) - fuertes vientos Antártida - Antártida marítima (temperaturas más elevadas y más precipitaciones) - Tratado Antártico La expedición antártica … Programa Polar Español Ministerio de Ciencia e Innovación Consejo Superior de Investigaciones Científicas Península Antártica Base Antártica Española Juan Carlos I Isla Decepción Islas Shetland del Sur Area Antártica de Especial Protección (ASPA 126) Península Byers, Isla Livingston Campamento temporal en la Península Byers Campamento temporal en la Península Byers Vegetación en la Antártida: musgos líquenes plantas vasculares (deschampsia antartica, colobanthus quitensis) Skua Lago Limnopolar Charrán Bajo en nutrientes (oligotrófico) No influído por la fauna marítima (focas y pingüinos) Anostráceo Pájaros (skuas, charrán antártico) visitan esporádicamente el lago Animales más complejos: copépodos y anostráceos Bacterias, algas rotíferas, protozoos y musgos acuáticos Dominado por microorganismos Copépodo Rotíferos Protozoos El lago Limnopolar durante la transición entre la primavera y el verano ! Noviembre! Diciembre! Enero! Transmission Electron Microscopy! Large diversity of viral morphologies! (siphovirus, podovirus, myovirus)! Metagenomica de virus! Secuenciación del material genético de la comunidad de virus ! (muestras ambientales y organismos)! Secuenciadores de nueva generación (454-Roche, Illumina)! Permite identificar virus que no han sido aislados/crecidos en el laboratorio! 454 sequencer, Roche (I) 454 sequencer, Roche (II) Secuenciador 454, Roche 400.000 reacciones de secuencia (>1 millón de reacciones) approx. 200 bases/reacción (>400 bases) 80 millones de bases (>400 millones de bases) Metagenomic overview of the viral assemblage of Lake Limnopolar ! -Most of the sequences show no similarities to sequences deposited in databases! -Several thousands of sequences are ascribed to viruses! -The ʻunknownʼ sequences are different to the ʻunknownʼ sequences from other viromes (0.3-2.9%) ! e<0.01 10! 8! 6! 4! 2! Number of viral families Comparison of the number of viral families! in 32 aquatic viromes ! 14! e<10-5 12! 0! 4440321.3 4440323.3 4440320.3 4440427.3 4440417.3 4440428.3 4440431.3 4440325.3 4440328.3 4440327.3 4440432.3 4440436.3 4440374.3 4440377.3 4440375.3 4440370.3 4440376.3 4440371.3 Antarctica 4440439.3 4440412.3 4440414.3 4440424.3 4440102.3 4440280.3 4440038.3 4440036.3 4440040.3 4440330.3 4440322.3 4440306.3 4440304.3 4440305.3 Stromatolites Hyper-salines Coral Seawater Freshwater Unexpected taxonomic diversity of viruses in an Antarctic lake! Viral diversity and assemblage structure based on! rank-abundance model predictions (PHACCs) ! Remarkable viral diversity (richness and Shannon Wiener index) in an Antarctic lake! Seasonal shift from a ssDNA-virus dominated assemblage in! spring to a dsDNA-virus dominated community in summer ! Small DNA viruses! Summer Spring Satellite ssDNA Ino Circo Nano Micro Gemini Unclassified Plasma Rudi Lipothrix Baculo Asfar dsDNA Asco Polydna Nima Mimi Podo Sipho Myo Phycodna Sequence reads corrected for :! (1) genome length! (2) amplifications by Phi29 Pol! Irido Bacteriófagos! Herpes Pox 00 20 00 40 20 60 40 % Virus % Virus 60 80 Seasonal shift from a ssDNA-virus dominated assemblage in! spring to a dsDNA-virus dominated community in summer ! Summer Spring Satellite ssDNA Ino Circo Nano Micro Gemini Unclassified Plasma Rudi Lipothrix Baculo Asfar dsDNA Asco Polydna Nima Mimi Podo Phycodnaviruses Prasinovirus OtV5! Sipho Myo Phycodna Irido Herpes Pox 00 20 40 00 % Virus 60 20 40 60 80 ‘ GRAN DIVERSIDAD DE VIRUS DE LA ANTARTIDA’ Primera descripción de virus en la Antártida (A. Lopez-Bueno, J. Tamames, D. Velazquez, A. Moya, A. Quesada and A. Alcami. 2009. High diversity of the viral community form an Antarctic lake. Science 326:858-861) Metagenoma viral eucariótico Por qué encontramos una de las mayores diversidades de virus del planeta en un continente extremo y ecosistema sencillo? Existen virus únicos en la Antártida que han evolucionado independientemente del resto de los virus del planeta? Sistema de lagos subantárticos Ellsworth (UK), Vostok (Rusia) y USA Proyecto LIMNOPOLAR! (Programa Polar Español, MICINN! y Buque Las Palmas)! Alberto ! Antonio! López-Bueno! Quesada! David ! Antonio! Velazquez! Alcami! Juan! Alonso Lobo! Alberto López-Bueno! Antonio Alcamí! David Velázquez! Antonio Quesada! Javier Tamames! Andrés Moya! REFERENCES VIRUSES Viral Metagenomics Reviews - R. A. Edwards and F. Rohwer. 2005. Viral metagenomics. Nature Rev. Microbiol.3:504. - C. Suttle. 2005. Viruses in the sea. Nature 437:356. - F. Rohwer and R. V. Thurber. 2009. Viruses manipulate the marine environment. Nature 459:207. - C. A. Suttle. 2009. Viruses in the sea. Nature 459:356. Papers - F. E. Angly et al. The marine viromes of four oceanic regions. 2006. PLoS Biology 4:e368. - E. A. Dinsdale et al. 2008. Functional metagenomic profiling of nine biomes. Nature 452:628. - I. Sharon et al. 2009. Photosystem I gene cassettes are present in marinevirus genomes. Nature 461:258 Methods - R. V. Thurber et al. 2009. Laboratory procedures to generate viral metagenomes. Nature Protocols 4:470. Antarctic viruses Reviews - J. Laybourn-Parry and D. Pierce. 2007. The biodiversity and ecology of Antarctic lakes: models for evolution. Phil. Trans. Soc. B. 362:2273. Papers - A. Lopez-Bueno et al. 2009. High diversity of the viral community from an Antarctic lake. Science 326:585.
