Out on the boat in another morning of sample collection. Photo credit: Ella Wesdorp

[Dutch version below English version]

For his research, Piedade and colleagues sampled the Antarctic waters near the British Research Station Rothera. After filtering the tiny virus particles out of the water, they performed genetic analyses in the Dutch ‘Dirk Gerritszlab’, that is hosted by the British station. Many of the viruses they found in the Antarctic seawater (about 200 million per glass of seawater) were different from already known marine viruses.  “Out of approximately 8.000 virus genome sequences, 75 % at the species level were not present in the databases, highlighting just how unique and unexplored the Antarctic environment truly is”, says Piedade.

Key role
Based on their differences and similarities to known viruses, Piedade also tried to link the viruses to potential hosts. “These host are often single celled algae and bacteria”, he explains. “We also found a strong seasonality in the viruses. The algal bloom at the start of  the Antarctic summer ‘kick-starts’ a whole lot of microbiological activity. Following the algal hosts over time, we saw the levels of their specific viruses rise as well, showing how these viruses play a key role in controlling the microbial population.”

 

Giant viruses
With thousands of different viruses present, Piedade and colleagues found that a specific group of viruses appeared key in the circle of algal life in the ocean. Piedade was particularly thrilled by the relatively high number of so-called ‘giant viruses’. “They show a very strong seasonality and were often linked to eukaryotic algae.”

 

Flow of carbon and nutrients
Professor Brussaard, the supervisor of the research by Piedade, is very content with the pieces he added to the puzzle. “Antarctica is particularly sensitive to climate change. The food web here also starts with algae, the primary producers, and ends with fish and fish-eating birds and marine mammals. So, the viruses controlling the bloom or decay of algae, play a pivotal role here.”
 

By killing the single-celled algae and bacteria, viruses redirect the flow of carbon and nutrients, Brussaard explains. “They determine whether the carbon that is captured by algae may sink to the bottom of the ocean, stay in the food chain through grazing, or end up as dissolved organic matter by viral infection which stimulates microbial degradation and recycling. If we want to understand what global warming does to that system, we need to know who the players are in the first place.”

Quantifying microbial abundances using flow cytometry with a view of the RV Laurence M. Gould. Photo credit: Ella Wesdorp

Zuidelijke IJszee zit bomvol met onbekende virussen

Van de duizenden mariene virussen die de afgelopen twee jaar in Antarctische wateren zijn ontdekt, was 75 procent nieuw voor de wetenschap. Dat blijkt uit een artikel dat op 24 oktober 2024 is gepubliceerd in Nature Communications, door NIOZ-promovendus Gonçalo Piedade en collega's. “Dit project heeft een enorm aantal stukjes aan het licht gebracht in de belangrijke puzzel van de virale ecologie. Dat heeft betekenis voor de kringloop van koolstof in de oceanen en dus voor het klimaat”, zegt professor Corina Brussaard van het NIOZ en de Universiteit van Amsterdam.

Voor zijn onderzoek bemonsterden Piedade en collega's de Antarctische wateren bij het Britse onderzoeksstation Rothera. Op de kleine virusdeeltjes die ze eerst uit het water hadden gefilterd, deden ze genetische analyses in het Nederlandse 'Dirk Gerritszlab', dat in het Britse Zuidpoolstation huist. Veel van de virussen die in de Antarctische Zee werden gevonden (ongeveer 200 miljoen virussen per glas zeewater) verschilden van bekende mariene virussen.. “Van de ongeveer 8.000 virusgenoomsequenties kwam 75% van de soorten niet voor in de databases, wat duidelijk maakt hoe uniek en onontdekt de Antarctische omgeving werkelijk is”, aldus Piedade.

Sleutelrol
Op basis van hun verschillen en overeenkomsten met bekende virussen probeerde Piedade de virussen ook te koppelen aan potentiële gastheren. “Deze gastheren zijn vaak eencellige algen en bacteriën”, legt hij uit. “We vonden daarnaast ook een sterke seizoensgebondenheid in de virussen. De algenbloei aan het begin van de Antarctische zomer geeft een 'kick-start' aan het leven in de oceaan. Door de algengastheren langere tijd te volgen,  zagen we ook de specifieke virussen met hun gastheren meestijgen. Dat laat zien hoe deze virussen een sleutelrol spelen in het controleren van de populaties van algen en bacteriën.”

Reuzenvirus

Tussen al die duizenden verschillende virussen, ontdekten Piedade en collega's dat een selecte groep een sleutelrol speelt in de kringloop van het algenleven in de oceaan. Piedade was vooral enthousiast over het relatief hoge aantal zogenaamde reuzenvirussen dat hij aantrof. “Ze vertonen een zeer sterke binding met de seizoenen en waren vaak gekoppeld aan ‘hogere’, eukaryotische algen.”

Circulatie van koolstof en voedingstoffen

Professor Brussaard, de promotor van Piedade, is erg tevreden met de stukjes die haar promovendus aan de puzzel heeft toegevoegd. “Antarctica is bijzonder gevoelig voor klimaatverandering. Het relatief korte voedselweb begint hier ook met algen, de primaire producenten, en eindigt kort daarna met vissen en visetende vogels en zeezoogdieren. De virussen die de bloei of het verval van algen controleren, spelen hier dus echt een hoofdrol.”

Door eencellige algen en bacteriën te doden, brengen virussen weer koolstof en andere voedingsstoffen in circulatie, legt Brussaard uit. “Ze bepalen of de koolstof die door algen wordt gevangen naar de bodem van de oceaan kan zinken, in de voedselketen blijft door ‘grazende vissen’ of als opgeloste organische stof weer in het water terechtkomt, na een virale infectie die cellen kapotmaakt en recycling stimuleert. Dus als we ooit willen begrijpen wat de opwarming van de aarde met dat systeem doet, moeten we in de eerste plaats weten wie de spelers zijn.”