Animals keep viruses in the sea in balance

“When a virus infects a cell”, says Jennifer Welsh of the Royal Netherlands Institute for Sea Research (NIOZ), “it uses its host to make new viruses. After those are released, they can, in turn, infect many more, new cells.” However, Welsh discovered that the many virus particles in the sea – over 150 million in a glass of sea water – can also end up for, a large part, as the lunch of a diverse group of sea animals.

Filtering viruses
The Japanese oyster, for example, filters seawater to extract oxygen or food such as algae and bacteria. While doing this, it ingests virus particles. Welsh: “In our experiments, during which we did not offer the oysters any food and hence they only filtered the water for oxygen uptake, Japanese oysters removed 12 per cent of the virus particles from the water.”

That number puts the oyster in the fourth place of all species that Welsh looked at in the NIOZ Virus Ecology Lab on Texel. “Of all non-host organisms that we tested, sponges, crabs and cockles made it to the podium. In our experiments, the sponges reduced the presence of viruses by up to 94 per cent within three hours. Another experiment showed that the uptake of viruses happens indeed very quickly and effectively, even if we offered new viruses to the water every 20 minutes, the sponges remained tremendously effective in removing viruses.”

An entirely new factor in virus ecology
Until now, it was unknown that several species of sea animals can have such a significant influence on virus populations. “The influence of non-host organisms in the ambient environment, really is a factor that has been overlooked in virus ecology”, Welsh says.

However, Welsh does not assume that the results of her lab experiments will be so clear cut when applied to the natural habitat. “The situation there is much more complex, as many other animal species are present and influence one another. For example, if an oyster is filtering and a crab comes along, it closes its valve and stops filtering. In addition, there are factors such as tidal currents, temperature and UV light to consider. But also in nature, predation by non-host should definitely be taken into account.”

Useful in aquaculture
Nevertheless, the new insights might in time be useful in aquaculture. In this sector, fish or shellfish that are meant for consumption, are kept in enclosures, such as sea cages or basins, whereby there is a direct connection to the sea. Aquaculture is becoming larger as a sustainable alternative to fishing at sea, but is much criticised, mostly by nature conservationists.

Welsh explains why: “In salt water farms, tremendous amounts of specimens of one single species live together in monoculture. If a contagious disease breaks out, the risks are high that the pathogen spreads to the wild populations living in the sea. With the addition of enough sponges, the danger of a virus outbreak would possibly be nipped in the bud. The results of this research show that this would be good follow up research project.”

Online defence
On Monday 30 March, Jennifer Welsh will be the first NIOZ-researcher to defend her dissertation through the internet. “I will be defending my degree in the middle of a crisis caused by COVID-19, a corona virus that, by now, we all know and have been affected by. Due to the imposed restrictions, I will answer the questions of the committee online. Just my boyfriend, who happens to be one of my paranymfs, will be there with me. My apartment is very small, so I may end up defending my thesis on my bed with my laptop.”

Publication

Jennifer E. Welsh, Peter Steenhuis, Karlos Ribeiro de Moreas, Jaap van der Meer, David W. Thieltges and Corina P.D. Brussaard Marine virus predation by non-host organisms

Scientific Reports 10, 5221 (2020), DOI https://doi.org/10.1038/s41598-020-61691-y

In zee houden dieren de virussen in balans

Verschillende zeedieren kunnen virusdeeltjes opnemen terwijl ze zeewater filteren om zuurstof en voedsel binnen te krijgen. Met name sponzen zijn daar uitzonderlijk goed in. Dat schrijft marien ecoloog Jennifer Welsh van het NIOZ deze week in een artikel in Scientific Reports. Komende maandag promoveert Welsh aan de Vrije Universiteit, via een online verbinding.

“Als een virus een cel infecteert”, vertelt Jennifer Welsh van het Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee (NIOZ), “dan kan die zijn gastheer ertoe aanzetten om nieuwe virussen te maken. Deze komen vrij en kunnen op hun beurt weer vele nieuwe cellen infecteren.” Maar Welsh ontdekte dat de vele virusdeeltjes in zee - meer dan 150 miljoen per glas zeewater - ook voor een groot deel kunnen eindigen als de lunch van een uiteenlopende groep zeedieren.

Virussen wegfilteren
De Japanse oester, bijvoorbeeld, filtreert het zeewater, waarna hij zuurstof uit het water haalt of de in het water zwevende algen en bacteriën opeet. Op die manier krijgt hij echter tegelijkertijd ook virusdeeltjes binnen. Welsh: “In onze experimenten, waarin we overigens geen voedsel voor de oesters hadden toegevoegd en de oesters het water dus alleen filtreerden om zuurstof te kunnen opnemen, haalden Japanse oesters op deze manier 12 procent van de virusdeeltjes uit het water.”

Daarmee staat de oester op de vierde plaats van alle soorten die Welsh in het Virus Ecologie Lab van het NIOZ op Texel onderzochten. “Van alle niet-gastheerorganismen die we hebben getest, nemen sponzen, krabben en kokkels de podiumplaatsen in. De sponzen reduceerden de aanwezigheid van het aantal virussen in de experimenten binnen drie uur met wel 94 procent. Andere tijdsexperimenten lieten zien dat die opname van virussen zeer snel en effectief is. Zelfs als we elke 20 minuten opnieuw virussen aan het water toevoegden, bleven de sponzen ongekend doeltreffend in het verwijderen van de virussen.”

Heel nieuwe factor in virusecologie
Tot op heden was onbekend dat meerdere soorten zeedieren een significante invloed hebben op het in toom houden van viruspopulaties. “De invloed van niet-gastheerorganismen in de directe leefomgeving is echt een factor die over het hoofd gezien is in de virusecologie”, zegt Welsh.

Welsh denkt overigens niet dat de resultaten van haar labexperimenten één op één gelden voor de natuurlijke situatie. “De situatie is daar een stuk complexer omdat veel meer diersoorten invloed op elkaar hebben. Als een oester aan het filteren is en er komt een krab voorbij, dan sluit hij zijn klep en stopt hij met filteren. Verder zijn er in de natuur factoren als getijdebewegingen, temperatuur en UV-licht. Maar ook in de natuur is predatie door niet-gastheren zeker iets om rekening mee te houden.”

Bruikbaar in aquacultuur
Toch zijn de nieuwe inzichten zijn op termijn bruikbaar en wel voor de aquacultuur. Daar leven vissen of schaaldieren voor consumptie in afgesloten stukken water die in directe verbinding staan met de zee. Aquacultuur komt steeds meer op als duurzaam alternatief voor visserij op zee. Toch krijgt de sector veel kritiek, juist van natuurbeschermers.

Welsh vertelt waarom: “Op zoutwaterboerderijen leven enorm veel exemplaren van één soort in monocultuur bij elkaar. Als daar een besmettelijke ziekte uitbreekt, is het risico groot dat de ziekteverwekker zich uitbreidt naar de wilde populaties in zee. Met de introductie van voldoende sponzen zou het gevaar van een virusuitbraak mogelijk in de kiem te smoren zijn. De resultaten van dit onderzoek laten zien dat dit een goed vervolgonderzoek zou zijn.”

Online verdediging
Maandag 30 maart verdedigt Jennifer Welsh als eerste NIOZ-onderzoeker haar proefschrift via internet. “Ik promoveer midden in de crisis die COVID-19 , een coronavirus dat we inmiddels allemaal kennen, ons heeft gebracht. Vanwege de opgelegde restricties zal ik de vragen van de commissie online beantwoorden. Alleen mijn vriend, toevallig één van mijn paranimfen, is bij me. Mijn appartement is heel klein dus waarschijnlijk verdedig ik mijn proefschrift op mijn bed met mijn laptop op schoot.

Publicatie

Jennifer E. Welsh, Peter Steenhuis, Karlos Ribeiro de Moreas, Jaap van der Meer, David W. Thieltges and Corina P.D. Brussaard

Marine virus predation by non-host organisms

Scientific Reports 10, 5221 (2020),  DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-020-61691-y