Importance of lisogeny in the marine environment

Abstract

Um dos papéis mais importantes dos vírus em sistemas aquáticos é a sua capacidade de agir como vectores para a transferência de genes, sendo a lisogenia o mecanismo-chave neste processo. A lisogenia pode ajudar os vírus a sobreviver a períodos de reduzida abundância de hospedeiro e / ou escassez de nutrientes, contribuindo também para o aumento de “fitness” do hospedeiro. Devido à sua localização, na interface entre a hidrosfera e a atmosfera, a microcamada superficial está exposto a elevada intensidades de radiação solar, elevadas concentrações de poluentes e metais pesados e flutuações de temperatura e salinidade. Representa, portanto, um ambiente de stress para os microrganismos, pelo que estes poderão ter desenvolvido estratégias adaptativas à sobrevivência neste microhabitat, nomeadamente a lisogenia. Por outro lado, sendo a radiação UV um importante indutor da lisogenia, a sua elevada intensidade na microcamada poderá resultar numa maior frequência de células lisogénicas neste compartimento. O objectivo deste trabalho foi o estudo da importância da lisogenia na microcamada superficial e água subsuperficial na zona marinha e salobra da Ria de Aveiro (Portugal), tendo a fracção de células lisogénicas sido determinada após indução dos profagos com mitomicina C. Neste estudo também foi quantificado o número de bactérias que são contados como vírus quando a abundância viral é determinada por microscopia de epifluorescência. A percentagem de células lisogénicas na microcamada superficial da zona marinha variou entre 1,2% e 3,1% e na água subsuperficial entre 1,0% e 5,3%. Na zona salobra, a proporção de células lisogenicas na SML variou entre 0,9% e 6,0% e na coluna de água entre 1,0% e 4,7%. A fracção de bactérias lisogénicas foi semelhante na microcamada superficial e na água subjacente. Não foi observado um perfil de variação sazonal nítido para a lisogenia, mas a fracção de bactérias lisogénicas foi maior, em ambos os compartimentos, quando as condições ambientais foram mais adversas. Os perfis de DGGE mostraram que alguns grupos de bactérias desapareceram após a indução da lisogenia, mas outros grupos de bactérias, não observados no controle, apareceram após a adição da mitomicina. Na zona marinha do sistema estuarino da Ria de Aveiro 27% das partículas contadas como vírus são bactérias, mas na zona salobra apenas 14% dessas partículas são bactérias. Embora a ocorrência de lisogenia no sistema estuarino da Ria de Aveiro não seja muito alta, a variação sazonal da fracção de bactérias lisogénicas sugere que a lisogenia pode ser influenciada por variações de temperatura, salinidade ou intensidade de radiação UV. Quando a microscopia de epifluorescência, é usado para contar partículas virais, a abundância viral pode ser sobrestimada, nomeadamente na área marinha.

Acting as gene transfer vectors constitutes one of the main roles played by viruses in aquatic systems, being lisogeny a key mechanism in this process. Lisogeny can help viruses withstand low host abundance periods and/or nutrient limitation, potentially contributing to increased fitness of the host as well. Due to its location, at the air-water interface, the surface microlayer (SML) is exposed to high intensities of solar radiation, enhanced concentrations of pollutants and heavy metals and strong temperature and salinity fluctuations. Therefore, it represents a stressful environment for microorganisms, which might have developed adaptative strategies for survival at this interface, including the presence of prophages. On the other hand, as UV radiation is an important lisogeny inducer, intense UV levels at this layer might result in increased lisogenic cell frequency in the SML. The aim of this work was to study the role of lisogeny at the SML and underlying waters (UW) of the marine and brackish water sections of Ria de Aveiro (Portugal), using the mitomycin C method to induce prophage. In this study was also quantified the number of bacteria that are counted as viruses when viral abundance is determined by epifluorescence microscopy. The proportion of lisogenic bacteria in the marine zone ranged from 1.2% to 3.1% at the SML and from 1.0% e 5.3% in the UW. At the brackish water site, the fraction of lisogenic bacteria ranged from 0.9% to 6.0% at the SML and 1.0% to 4.7% at the UW. The fraction of lisogenic bacteria was similar in SML and in UW. It was not observed a clear pattern of seasonal variation of lisogenic bacteria, but the high values of lisogeny were observed, for both compartments, when the environmental conditions were more adverse. The DGGE profiles show that some groups of bacteria disappeared after the induction of lisogeny but other groups, not detected in the controls, appears after the incubation with mitomycin. In the marine zone of the estuarine system Ria de Aveiro 27% of particles counted as viruses are bacteria but in the brackish water zone only 14% of those particles are counted as viruses. Although the occurrence of lysogeny in the estuarine system Ria de Aveiro is not high, seasonal variation in the fraction of lisogenic cells suggests that lisogeny can be influenced by changes in temperature, salinity and in the intensity of UV radiation. When epifluorescence microscopy is used to count viral particles, viral abundance can be overestimated, namely in the marine area.