VIRAMP: Vpliv virusne okužbe na spremembe v fitoplanktonskih agregatih in njihovo mikrobno razgradnjo

Fitoplankton pomembno prispeva k morski primarni produktivnosti (MPP) in igra ključno vlogo pri shranjevanju ogljika prek biološke ogljične črpalke (BOČ). Diatomeje, ena glavnih skupin fitoplanktona, prispevajo približno 25 % k celotni MPP in so ključne za BOČ zaradi svojih silikatnih celičnih sten, ki delujejo kot mineralni balast. Virusne okužbe so pomemben dejavnik, ki vpliva na BOČ in učinkovitost izvoza ogljika (IIO). Virusi imajo dvojno vlogo v morskih ekosistemih: lahko povečajo izvoz ogljika prek »virusnega transportnega mehanizma« (ang. viral shuttle) s tvorbo težjih agregatov ali ga zmanjšajo prek »virusnega preusmeritvenega mehanizma« (ang. viral shunt), ki partikulatno organsko snov preusmeri v raztopljeno organsko snov (ROS). Medsebojni vpliv teh mehanizmov je odvisen od okolijskih in bioloških dejavnikov, vključno s fiziološkim stanjem fitoplanktona, sestavo mikrobnih skupnosti in lastnostmi vodnega stolpca. Vendar mehanizmi, s katerimi virusne okužbe vplivajo na agregacijo fitoplanktona in kasnejšo mikrobno obdelavo partikularne organske snovi (POS), še niso dobro raziskani.

Projekt »Vpliv virusne okužbe na spremembe v fitoplanktonskih agregatih in njihovo mikrobno razgradnjo (VIRAMP)« bo preučeval, kako virusne okužbe vplivajo na nastanek, sestavo in usodo fitoplanktonskih agregatov, s poudarkom na mikrobnih procesih znotraj agregatov in njihovem vplivu na BOČ in IIO v morskih ekosistemih. Prejšnje študije kažejo, da virusne okužbe spreminjajo sestavo ROS, ki zato podpira različne mikrobne skupnosti in procese, pri čemer se učinki razlikujejo glede na vrsto virusa. Čeprav so bili mikrobni procesi v fitoplanktonskih agregatih dobro raziskani, njihova povezava z virusnimi okužbami ostaja nepreučena. Cilj tega projekta je zapolniti to vrzel z integracijo laboratorijskih poskusov, terenskih študij in naprednega modeliranja, da bi razjasnili, kako virusne okužbe spreminjajo fizikalne, kemične in mikrobiološke lastnosti agregatov ter s tem vplivajo na morsko kroženje ogljika. Raziskava se bo osredotočala na diatomeje in diatomejske viruse iz naše kulturne zbirke, z možnostjo vključitve haptofitnih sistemov. Terensko delo bo potekalo na Severnem Jadranu, produktivnem, plitvem in dobro premešanem obalnem sistemu, kjer so učinki virusov na kroženje ogljika v primerjavi z oceanskimi okolji še slabo raziskani. Hipoteze, ki bodo vodile naše raziskave so:

1. Agregati iz virusno okuženega fitoplanktona podpirajo drugačne mikrobne skupnosti s spremenjenimi funkcionalnimi lastnostmi v primerjavi z agregati iz zdravih, starajočih se kultur diatomej in
2. biokemične lastnosti, elastičnost in viskoznost okuženih agregatov se razlikujejo od zdravih, kar vpliva na mikrobne procese v vodnem stolpcu in s tem na IIO.

Za preizkus teh hipotez bomo analizirali razlike med agregati iz zdravih in okuženih populacij fitoplanktona (laboratorijske kulture in okolijski vzorci), njihove fizikalno-kemične lastnosti ter vpliv na rast, združbo in fukncionalne lastnosti mikrobov, ki na teh agregatih uspevajo. Uporabili bomo sodobno metodologijo, vključno s konfokalno mikroskopijo, rotacijsko reometrijo, analizo slik s strojnim učenjem in visokozmogljivo sekvenciranje (metagenomiko/metatranskriptomiko). Nazadnje bo integracija laboratorijskih in terenskih podatkov v biogeokemični model bo ovrednotila vpliv virusov na izvoz ogljika v obalnih sistemih.

Z združevanjem morske mikrobne ekologije, oceanografije, molekularne biologije, morske kemije in biofizike bo ta projekt izboljšal razumevanje vloge virusov v morskem kroženju ogljika, zlasti v premalo raziskanih obalnih okoljih. Podpira cilje Evropskega zelenega dogovora s povečanjem odpornosti na podnebne ekstreme in obvladovanjem bioloških groženj, povezanih s podnebnimi spremembami. Projekt vzpostavlja novo raziskovalno področje v slovenski znanosti, ki združuje multidisciplinarni konzorcij vključno z vodilnimi in uveljavljajočimi se mednarodnimi strokovnjaki na tem področju.