Linking viruses to their prokaryotic hosts in deep waters of the northeastern subtropical Atlantic Ocean

Die Bedeutung von Prokaryoten und deren Viren fur biogeochemische Kreislaufe in marinen Okosystemen wurde in den 1980er Jahren entdeckt. Prokaryoten (Archaea und Bacteria) nehmen gelostes, organisches Material (engl. dissolved organic carbon = DOC) auf und fuhren es somit hoheren trophischen Levels im Nahrungsnetz zu (“microbial loop”). Viren lysieren Prokaryoten (lytischer Zyklus) oder sie integrieren ihre Erbsubstanz in das Wirtsgenom, wo der einzelne Virus als so genannter Prophage weiter existiert und durch Zellteilung an Tochterzellen weitergegeben wird (lysogener Zyklus). Beim lytischen Zyklus wird DOC freigesetzt, welches somit verfugbar wird fur andere Prokaryoten, man nennt diesen Mechanismus „viral shunt“. Der lysogene Zyklus hingegen scheint unter Bedingungen niedriger Wirtsabundanz und -aktivitat bevorzugt zu werden, kann aber zum lytischen Zyklus wechseln, wenn sich die Bedingungen andern bzw. wenn es von ausen induziert wird. Im Rahmen der MOCA cruise im Oktober 2010 wurden Proben an 7 Stationen mit jeweils 6 unterschiedlichen Tiefenstufen genommen und mithilfe von Inkubationsexperimenten, Flow Cytometer und molekularbiologischen Methoden untersucht. Dabei wurden u. A. Abundanzen von Prokaryoten und Viren, lytic viral production (VP), frequency of infected cells (FIC) und frequency of lysogenic cells (FLC) ermittelt. Zusatzlich wurde terminal restriction fragment length polymorphism (T-RFLP) und randomly amplified polymorphic DNA-PCR (RAPD-PCR) durchgefuhrt, um Prokaryoten bzw. Viren zu charakterisieren und die unterschiedlichen Stationen und Tiefen hinsichtlich ihrer Zusammensetzung miteinander zu vergleichen. Andere Parameter, welche im Zuge der Cruise ermittelt wurden, wie beispielsweise prokaryotic heterotrophic production (PHP), Sauerstoff- und Nahrstoffkonzentrationen, Temperatur etc. wurden ebenfalls in die Auswertung miteinbezogen. Rangkorrelationen, Vergleiche der 4 Tiefenstufen mittels t- bzw. Mann-Whitney-test sowie Mantel tests wurden berechnet. Wie erwartet, nahmen die Abundanzen von Prokaryoten und Viren an jeder Station mit zunehmender Tiefe exponentiell ab, weiters waren beide miteinander positiv korreliert. Die Anzahl an Viren schwankte starker als die Anzahl der Prokaryoten, was darauf hinweist, dass virale Abundanz einer nicht so engen Kontrolle unterworfen ist. Der Grund fur die entdeckte Zunahme von FIC mit der Wassertiefe konnte eine geringere Zahl an Protisten in der Tiefe sein. VP korrelierte positiv mit der Anzahl an Prokaryoten und mit PHP, da eine hohere Zahl aktiver Zellen mehr Viren produzieren konnen. Von den verschiedenen Gruppen, die am Flow Cytometer hinsichtlich Fluoreszenz unterschieden werden konnen, waren Prokaryoten mit geringem Nukleinsaureanteil (LNA) positiv korreliert mit PHP. Dies weist darauf hin, dass LNA-Prokaryoten einen wichtigen Beitrag zur PHP in oligotropher, offener See leisten. Am haufigsten waren Viren mit mittlerer Fluoreszenz (Vir MED), welche auch in anderen Studien sehr zahlreich in der pelagischen Tiefsee waren. Im Gegensatz dazu scheinen Viren mit niedriger Fluoreszenz (Vir LOW) in Kustenregionen zu dominieren. Sowohl die mikrobiellen Gemeinschaften von Prokaryoten als auch jene von Viren scheinen sich starker bezuglich Tiefe zu unterscheiden als hinsichtlich geographischer Distanz. Da die apparent richness (AR) von Prokaryoten und die Anzahl viraler RAPD-PCR Banden uber die Tiefe hinweg mehr oder weniger konstant bleibt, weist dies auf eine Anderung der Artenzusammensetzung bei einer gleichbleibenden Anzahl unterschiedlicher Taxa hin. Das Verhaltnis von Prokaryoten zu Viren (VP-Ratio) korrelierte mit bakterieller AR, dies ist in Einklang mit der Auffassung, dass Viren eine hohe Vielfalt an Bacteria aufrechterhalten. VP, FIC, Temperatur, Salinitat, Sauerstoff und anorganische Nahrstoffe (Nitrat, Phosphat) andern sich in den tiefsten untersuchten Wassermassen (ca. 3000 bis 5200 m) mit zunehmender Distanz der einzelnen Probestationen. Dies weist darauf hin, dass der Eintrag von sauerstoffreichen Wassermassen (LNADW, AABW) vom westlichen ins ostliche Becken durch die Vema Fracture Zone (VFZ) einen Effekt auf mikrobielle und virale Gemeinschaften hat.