Non-detrimental viral infections in cultured algae
(2022) MOBN03 20212Degree Projects in Molecular Biology
- Abstract
- The common way in which algal virus-host systems are discovered is when an algal culture collapses due to the virus-induced lysis. Therefore, the presence of a viral infection in a seemingly healthy culture of Chlamydomonas sp. is an oddity. This study describes such an infection in an algal sample from Örsjön, a lake in southern Sweden, sustained in culture for over six years with no observed adverse effects on the host algae. Sequencing of the viral major capsid protein (mcp) gene confirmed this virus was previously undiscovered, grouping in the Phycodnaviridae family, though not in any known genus. As the first virus, to the author’s knowledge, to infect Chlamydomonas, we propose the name Chlamydomonas virus 1 (CV-1). The infection was... (More)
- The common way in which algal virus-host systems are discovered is when an algal culture collapses due to the virus-induced lysis. Therefore, the presence of a viral infection in a seemingly healthy culture of Chlamydomonas sp. is an oddity. This study describes such an infection in an algal sample from Örsjön, a lake in southern Sweden, sustained in culture for over six years with no observed adverse effects on the host algae. Sequencing of the viral major capsid protein (mcp) gene confirmed this virus was previously undiscovered, grouping in the Phycodnaviridae family, though not in any known genus. As the first virus, to the author’s knowledge, to infect Chlamydomonas, we propose the name Chlamydomonas virus 1 (CV-1). The infection was verified and quantified by transmission electron microscopy (TEM) over four time points of the growth curve, and observations show viroplasms consistent with lytic viruses despite the absence of culture collapse. All attempts at inducing culture collapse through the re-isolation of monoalgal cultures from the infected culture failed. This, and results of PCR screenings indicated CV-1 is not a lysogenic virus, but the explanation for the sustained nature of this viral infection is rather heterogeneity in viral resistance in the host. A method was developed to screen algal cultures for viral infections despite the absence of culture collapse, and infections were implicated in 67% of screened cultures from Örsjön, as well as 60% of cultures from Krageholmssjön, also a lake in southern Sweden. One sample from Krageholmssjön provided a second, previously unknown mcp sequence, indicating that non-detrimental viral infections are more common than would be expected, and may open a new field of study within the field of aquatic virology. (Less)
- Popular Abstract (Swedish)
- Icke-skadliga virusinfektioner i grönalger
På cellnivå är den klassiska virusinfektionen en rättfram process: En värdcell infekteras. Virusets gener tar över och styr värdcellens maskineri för bland annat transkription (DNA-kopiering) och translation (proteinproduktion), därmed tvingas värdcellen producera nya virioner (viruspartiklar). När tillräckligt många virioner tillverkats så aktiveras andra gener från viruset. Värdcellen lyserar (cellmembranet bryts sönder och cellen dör) och de nya virionerna släpps ut och kan infektera andra celler. En prydlig historia om cellulär kapning. Detaljerna kan variera, men utfallet för den infekterade cellen förblir densamma: död.
När forskare på Lunds universitet studerade cellväggen hos den... (More) - Icke-skadliga virusinfektioner i grönalger
På cellnivå är den klassiska virusinfektionen en rättfram process: En värdcell infekteras. Virusets gener tar över och styr värdcellens maskineri för bland annat transkription (DNA-kopiering) och translation (proteinproduktion), därmed tvingas värdcellen producera nya virioner (viruspartiklar). När tillräckligt många virioner tillverkats så aktiveras andra gener från viruset. Värdcellen lyserar (cellmembranet bryts sönder och cellen dör) och de nya virionerna släpps ut och kan infektera andra celler. En prydlig historia om cellulär kapning. Detaljerna kan variera, men utfallet för den infekterade cellen förblir densamma: död.
När forskare på Lunds universitet studerade cellväggen hos den encelliga grönalgen Chlamydomonas sp. så observerade de något som såg ut som virioner. Det underliga låg i att algkulturen (kloner av en enda cell från ett sjöprov) underhållits i flera år innan virionerna observerades, utan minsta tecken på infektion, medan en virusinfekterad algkultur normalt dör inom några dygn - ofta några timmar. Det här projektet har använt molekylärbiologiska metoder som PCR och transmissionselektronmikroskopi för att beskriva viruset och undersöka om detta exempel är unikt eller om icke-skadliga virusinfektioner är vanligt förekommande i naturen.
PCR (Polymerase Chain Reaction) är en mycket exakt metod för att generera tusentals kopior av ett specifikt stycke DNA, till exempel en gen. Det här projektet har använt en modifierad typ av PCR som tillåter kopiering av en specifik gen även om genen muterats något, eller kommer från en närbesläktad organism. Efter att ha sökt efter virusgener i den infekterade algkulturen lyckades man kopiera genen som kodar för virusets proteinhölje. Med genen kopierad kunde den sekvenseras vilken visade att viruset var tidigare oupptäckt. Det tillhör virusfamiljen Phycodnaviridae som infekterar grönalger och det verkar vara det första viruset som infekterar Chlamydomonas sp.. Därför gavs det namnet Chlamydomonas virus 1 (CV-1). PCR-metoden optimerades för att söka efter liknande virusinfektioner i andra algkulturer och 63% av dessa gav utslag för virusgener.
Transmissionselektronmikroskopi (TEM) är en typ av mikroskopi där ultratunna skivor av ett prov (i det här fallet infekterade celler) färgas med uran och en elektronstråle skjuts genom provet för att skapa en bild. TEM tillåter över 50,000 gångers förstoring och användes för att beskriva virusets morfologi. TEM-analysen visade att CV-1 har flera karaktärsdrag klassiska för Phycodnaviridae, som icosahedral (20-sidig) symmetri och mycket stora virioner (226 nm i diameter).
Även om detta projekt kallat dessa virusinfektioner ”icke-skadliga” så kan man inte säga detta med säkerhet förrän relationen mellan värdalg och infekterande virus är helt utredd. Förekomsten av pågående virusinfektioner i laboratoriekulturer skapar fram till dess ytterligare en potentiell påverkansfaktor som forskare måste ha i åtanke när de tolkar sina forskningsresultat. Det finns också flera bevis för att virus i akvatiska miljöer har stor påverkan på algblomningar, flödet av koldioxid mellan haven och atmosfären och förflyttning av näring från den klassiska näringskedjan till den mikrobiella. Om dessa ”icke-skadliga” virusinfektioner är lika vanliga i naturen som i laboratoriekulturer så skapar de ett nytt lager av komplexitet i forskningen som pågår för att vi ska förstå de processer och förhållanden som påverkar våra sjöar och hav.
Masterexamensprojekt, Molekylärbiologi, 60 hp, 2021-2022, Biologiska institutionen, Lunds universitet
Handledare: Maria Svensson Coelho, Evolutionär/Akvatisk Ekologi/MEMEG, Lunds universitet (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9103392
- author
- Wessman, Petronella
- supervisor
- organization
- course
- MOBN03 20212
- year
- 2022
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- language
- English
- id
- 9103392
- date added to LUP
- 2022-11-21 14:25:25
- date last changed
- 2022-11-21 14:25:25
@misc{9103392,
abstract = {{The common way in which algal virus-host systems are discovered is when an algal culture collapses due to the virus-induced lysis. Therefore, the presence of a viral infection in a seemingly healthy culture of Chlamydomonas sp. is an oddity. This study describes such an infection in an algal sample from Örsjön, a lake in southern Sweden, sustained in culture for over six years with no observed adverse effects on the host algae. Sequencing of the viral major capsid protein (mcp) gene confirmed this virus was previously undiscovered, grouping in the Phycodnaviridae family, though not in any known genus. As the first virus, to the author’s knowledge, to infect Chlamydomonas, we propose the name Chlamydomonas virus 1 (CV-1). The infection was verified and quantified by transmission electron microscopy (TEM) over four time points of the growth curve, and observations show viroplasms consistent with lytic viruses despite the absence of culture collapse. All attempts at inducing culture collapse through the re-isolation of monoalgal cultures from the infected culture failed. This, and results of PCR screenings indicated CV-1 is not a lysogenic virus, but the explanation for the sustained nature of this viral infection is rather heterogeneity in viral resistance in the host. A method was developed to screen algal cultures for viral infections despite the absence of culture collapse, and infections were implicated in 67% of screened cultures from Örsjön, as well as 60% of cultures from Krageholmssjön, also a lake in southern Sweden. One sample from Krageholmssjön provided a second, previously unknown mcp sequence, indicating that non-detrimental viral infections are more common than would be expected, and may open a new field of study within the field of aquatic virology.}},
author = {{Wessman, Petronella}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Non-detrimental viral infections in cultured algae}},
year = {{2022}},
}