PARTE I. Importância dos vírus no ecossistema marinho

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1 PARTE I Importância dos vírus no ecossistema marinho Rodrigues, Ana nº 29000; Fernandes, Cláudia nº 29821; Pacheco, Juliana nº 32904; Rocha, Margarida nº 31700; O que são vírus marinhos? Os vírus são agentes biológicos infecciosos de elevada diversidade e abundância no meio marinho, sendo o reservatório da maioria da diversidade genética dos oceanos. A sua abundância é de aproximadamente 10 4 a 10 8 ml - 1, excedendo a abundância de bactérias e de archaeas em aproximadamente 15 vezes. Esta elevada concentração de vírus diminui ao longo da coluna de água e com o afastamento à linha de costa. Apresentam uma grande variedade de formas e tamanho, na maioria poliédrica com cerca de 20 a 200 nm. Não possuem estrutura celular, sendo formados por material genético (DNA ou RNA, de cadeia simples ou dupla), rodeados por proteínas (cápside) e alguns também podem possuir um envelope lipídico. São parasitas intracelulares obrigatórios que não apresentam metabolismo, dependendo assim dos mecanismos sintéticos da célula hospedeira para a sua rápida multiplicação. Diferenciam-se dos outros elementos genéticos pela sua forma extracelular, o que permite a sua transmissão de um hospedeiro para outro. Os vírus penetram nos seus hospedeiros através de difusão passiva e usam as estruturas celulares expostas dos seus hospedeiros, tais como proteínas transportadoras, como pontos de adsorção e entrada na célula. Existem vários obstáculos na análise das comunidades virais, sendo o principal o facto de não existir um marcador universal para uma grande variedade de vírus. A sua origem e evolução ainda não são conceitos conhecidos, não sendo possível a sua integração em nenhum grupo taxonómico Importância dos vírus Os vírus influenciam muitos dos processos ecológicos e biogeoquímicos, incluindo o ciclo dos nutrientes, a respiração do sistema, a distribuição das partículas por tamanhos e a sua taxa de sedimentação. Contribuem para a biodiversidade do fitoplâncton e bactérias e suas distribuições, no controlo de blooms de algas, na formação de dimetil-sulfido (DMS) e na transferência genética. Estudos têm demonstrado que os vírus não só são extremamente abundantes no plâncton marinho, como são agentes importantes no controlo de bactérias e fitoplâncton, no que diz respeito à sua reprodução e à composição

2 das espécies, influenciando os fluxos de transferência de matéria e energia no sistema. Assim a abundância de bactérias é o melhor indicador da abundância de vírus, sendo estes responsáveis por cerca de 10-50% da mortalidade total de bactérias em águas superficiais e por cerca de % em águas pouco oxigenadas. Diariamente estes provocam a lise de cerca de 10-20% das bactérias. A presença elevada de vírus nas águas marinhas reduz cerca de 50% da biomassa do fitoplâncton e da sua produção primária, mas estudos indicam que a infecção viral pode ser importante no controlo de blooms de algas, que afectam comunidades biológicas devido à libertação de toxinas e a condições de anóxia. Os vírus alteram as ligações do ciclo de carbono no mar como resultado da lise de células, as quais convertem matéria orgânica particulada viva em matéria orgânica particulada morta e matéria orgânica dissolvida. A lise de bactérias e fitoplâncton gera um aumento de matéria orgânica dissolvida, conduzindo a uma melhor retenção de nutrientes na superfície das águas. No entanto se a lise viral ocorrer em microrganismos agregados que estão a sedimentar pode ocorrer dissolução de partículas e conversão de alguma matéria particulada em sedimento. Também são importantes para regular o clima a nível global, pois induzem a libertação de DMS, um gás que influencia a formação de nuvens. A transferência genética é um processo vantajoso para a adaptação, fundo genético da população e evolução em que o vírus retira DNA de um hospedeiro e transfere-o para outro. Acontecem cerca de infecções virais no oceano a cada segundo, sendo estas a maior fonte de mortalidade e a causa de doenças num elevado número de espécies, desde camarões a baleias. Em termos ecológicos a infecção viral depende quer da densidade, como da especificidade das espécies. Pelo facto, de os vírus se difundirem sequencialmente de hospedeiro para hospedeiro, os hospedeiros mais raro são menos susceptíveis ao alastramento da infecção que os mais comuns. Assim um aumento da densidade de uma espécie ou estirpe particular, gera uma maior susceptibilidade de infecção, diminuindo assim os organismos dominantes resultantes de competições devido aos recursos limitados. Referências Bibliográficas: Curtis A. Suttle, Marine viruses Major players in the global ecosystem, Nature Publishing Group, October 2007 Otawa, K.; Lee, H. Sang et al (2006) Abundance, diversity, and dynamics of viruses on microorganisms in activated sludge processes; Springer science bussines media, 2006, volume 53, (2007) Sutttle, A. Curtis et al. (1991) Use of ultrafiltratiok to isolate viruses from seawater which are pathogens of marine phytoplankton. Miki, Takeshi & Jacquet Stéphan (2008) Complex interactions in the microbial world: underexplores key links between viruse, bacteria and protozoan grazers in aquatic environments; Aquatic Microbial Ecology; Vol. 51: , 2008

3 Nayra Cristina Pluma Guerrero nº38456 Nuria Rodriguez de la Ballina nº38152 Maria Teresa Hernandez Ortiz nº PARTE II VIRUS MARINHOS DISTRIBUiÇÃO DAS TAXAS DE INFEÇÃO Os vírus são as entidades mais abundantes no ambiente marinho, quer perto quer longo da costa, desde o clima tropical até o polar, da superfície até ao fundo do mar, em águas geladas e pobres em sedimentos. A abundância de vírus é cerca de 1010 por litro na superfície das águas (cerca de 5 a 25 vezes mais que a abundância de bactérias), e segue os mesmos padrões de abundância que as bactérias. Nos ecossistemas pelágicos a abundância dos virus geralmente aumenta com a productividade do sistema. Nos ecossistemas marinhos, a abundância é mínima em profundidade ( ml -1 ), intermédia em águas abertas superficiais ( ml -1 ) e máxima em águas costeras ( ml -1 ) (Paul, 2000). Normalmente existe uma predominancia numérica dos vírus sobre as bactérias, sendo entre 5 e 10 vezes maior o número de vírus (Hara et al., 1996; Fuhrman, 2000). A maior parte destes são fagos que infectam bactérias, pelo que têm uma grande influência nos ciclos biogeoquímicos globais (Fuhrman, 1999). Existem infecções virais por segundo no oceano, são a fonte de doenças e mortalidade de bactérias a baleias. Os vírus são responsáveis por cerca de 8 a 43% da mortalidade de bactérias, porém, esta percentagem pode estar sobrestimada, pois uma célula infectada pode ser consumida antes da sua lise. A contribuição dos vírus para a mortalidade em águas aeróbias é de cerca de 10 a 50%, no entanto, em águas anaeróbias a percentagem é bastante mais elevada, sendo de cerca de 45 a 100%. IMPORTANCIA ECOLOGICA NO CONTROL DAS POPULAÇÃO BACTERIANA Uma forma simples de examinar o possível impacto dos vírus nos sistemas planctónicos, é aumentar artificialmente o número de vírus. Tal procedimento foi feito experimentalmente, usando concentrados virais naturais produzidos por ultra-filtração

4 da água do mar. Um aumento de cerca de 20% na concentração de vírus pode reduzir as taxas fotossintéticas em 50%. Quando foram adicionados vírus numa variedade de amostras, provenientes da costa e do alto mar, observou-se uma inibição do crescimento da comunidade bacteriana. A relação entre vírus e bactérias é corroborada através de dados recolhidos no campo, que demostram, que a abundância de bactérias é o melhor indicador da abundância de vírus. Para além disso, os vírus podem limitar a abundância de bactérias até várias ordens de magnitude abaixo do limite de capacidade de suporte do meio, demonstrando que exercem um potencial controlo sobre o meio. Embora os concentrados aumentem a mortalidade das bactérias, podem também estimular o crescimento de bactérias resistentes. Estima-se que 20% das bactérias dos nossos oceanos morrem a cada dia. A causa são infecções virais, contribuindo na sua morte a um nivel comparável à actividade predadora do zooplâncton, e exercendo por tanto, um controlo directo sobre a quantidade e composição dos microrganismos que formam a base da teia trófica. Não obstante, em outras ocasiões o seu efeito sobre a diversidade da comunidade de microrganismos dos oceanos deve-se a mecanismos menos directos como a liberação de presão selectiva por infecções de algum predador do zooplâncton, ou a aportação de alguma vantagem evolutiva ao seu hospedeiro mediante processos de transferência horizontal de genes, ou por a inserção do genoma viral no genoma do hospedeiro (profagos). Assim transmiten-se características das bactérias como: resistência a antibióticos, luz UV e metais pesados; capacidade para metabolizar compostos orgânicos exóticos, tóxicos; maquinaria para produzir toxinas bacterianas ou para modificar e cortar ADN... Por o que os vírus não sempre têm efeitos negativos nas bactérias, ja que também podem aportar-lhes vantagens evolutivas. PAPEL DOS VIRUS NO CICLO DO CARBONO Os virus são a principal causa de morte de microorganismos que vivem no sedimento do solo marinho. Os nutrientes que libertam estas bacterias quando morrem são inmediatamente aproveitados por outros organismos. De esta forma, os virus aceleram o fluxo de nutrientes como o carbono e o azoto no ecossistema. A cada ano, a infecção e morte desses microorganismos libera entre o,37 a 0,67 gt. de carbono à teia alimentícia.

5 Nas áreas mais profundas do oceano, onde a comida é pouca, este detrito contribui para o fluxo de energia e de nutrientes dos seres vivos. A ação viral no fundo do mar é extremamente alta, já que as infecções por vírus são responsáveis pela redução de 80% da produção procariota heterótrofa. Esta mortalidade procariota aumenta com a profundidade, e além dos mil metros quase toda sua produção se transforma em detrito orgânico. Os cientístas descubrieram que os virus provocam quase a totalidade da mortalidade bacteriana nos sedimentos das profundidades marinhas e que a profundidades maiores de mil metros, a mortalidade aproxima-se ao cien por cien. Estudos têm demonstrado que os vírus não só são extremamente abundantes no plâncton marinho, como são agentes importantes no controlo das bactérias e do fitoplâncton, no que diz respeito à sua reprodução e à composição das espécies, influenciando os fluxos de transferência de matéria e energia no sistema. Resultados indicam que os virus desempenham um papel importante nos ciclos biogeoquímicos, no metabolismo do fundo oceanico e no funcionamento geral do maior ecossistema da nossa biosfera. Catalisam a trasnferença decarbono desde organismos vivos a carbono dissolvido,reduzendo o passo a niveis troficos superioes.pode converter-se em CO2 por respiraçao ou degradaçao. a comunidade científica é consciente desde ha tempo de que os virus sao os causantes da elevada mortalidade que se regista nas camadas superiores dos océanos. Referencias bibliográficas: K. Eric Wommack, Rita R. Colwell; Virioplankton: Viruses in Aquatic Ecosystems; Murray,A.G., Eldridge, P.M.; Marine viral ecology: Incorporation of bacteriophage into the microbial planktonic food web paradigm. (1994). Viruses in aquatic ecosystems. A review. Sime-Ngando,T. (1997). Annee Biologique