Οι επιπτώσεις των ανθρωπογενών περιβαλλοντικών πιέσεων στις κοινότητες ιών και βακτηρίων σε παράκτια οικοσυστήματα

Abstract

In this PhD dissertation, the relationship between lysogeny and four different conditions of anthropogenic environmental pressure was examined. The stucture of viral and bacterial communities was also described in relation to these pressures. The four conditions reflect anthropogenic environmental pressures that are either currently taking place in a large, medium or small scale, or predicted for the future.In particular, the first pressure concerns the input of engineered silver nanoparticles into the marine ecosystem, which is projected to increase in the near future with significant and unexplored impacts on plankton. The second pressure concerns the carbon dioxide input and the induced reduction in seawater pH, which is a chemical change that has already been measured in the oceans and is projected to continue. The third pressure is also a recorded chemical change in the marine ecosystem caused by the influx of contaminated aerosols. In the Mediterranean Sea, these aerosols are mainly of European origin and their entry causes changes in the balance of essential nutrients. Finally, the fourth pressure includes various anthropogenic activities that take place in the coastal waters along the Greek coastline that cause continuous chemical alterations. For example, the release of either heavy metals from industries or nutrients from aquaculture are two representative examples observed in these coastal systems on a continuous basis. Therefore, for the fourth study, natural communities were analyzed by field sampling to map the bacterial and viral community at a given time. In contrast to the fourth study, the experimental tool of the mesocosms, which is extensively applied to study specific pressures in the pelagic ecosystem, was used in the first three chapters, allowing experimentation on a large scale, with good repeatability and with all the trophic levels present. Knowing already that these pressures affect the bacterial communities, the aim of the dissertation was to check whether the influence is also observed at the level of the viral genome and/or on the viral life cycles. A basic hypothesis of the experiments was that if the pressures had a negative effect on planktonic bacteria, the effect would be primarily visible to viruses too, as viruses are a biological entity that controls and often stimulates cellular responses to higher trophic levels. In order to test the hypothesis, quantitative methods (production of lytic and lysogenic cells) and qualitative methods (genomic analysis) were used.

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή εξετάστηκε η σχέση μεταξύ της λυσιγονίας και τεσσάρων διαφορετικών συνθηκών ανθρωπογενούς περιβαλλοντικής πίεσης. Επίσης, περιγράφηκε η σύνθεση των κοινοτήτων ιών και βακτηρίων σε σχέση με αυτές τις πιέσεις. Οι τέσσερις συνθήκες απεικονίζουν ανθρωπογενείς περιβαλλοντικές πιέσεις που είτε λαμβάνουν χώρα στις μέρες μας σε μεγάλο, μέτριο ή μικρό βαθμό είτε προβλέπονται για το μέλλον.Πιο συγκεκριμένα, η πρώτη πίεση είναι η εισροή τεχνητών νανοσωματιδίων αργύρου στο θαλάσσιο οικοσύστημα που προβλέπεται να αυξηθεί στο κοντινό μέλλον με σημαντικές και ανεξερεύνητες συνέπειες στο πλαγκτόν. Η δεύτερη πίεση αφορά την εισροή διοξειδίου του άνθρακα (CO2) και την επαγόμενη μείωση του pH της θάλασσας που είναι μια χημική αλλαγή που έχει ήδη μετρηθεί στους ωκεανούς και προβλέπεται να συνεχιστεί. Η τρίτη πίεση είναι επίσης μια καταγεγραμμένη χημική αλλαγή στο θαλάσσιο οικοσύστημα που προκαλείται από την εισροή ρυπασμένων αερολυμάτων. Στη Μεσόγειο Θάλασσα, αυτά τα αερολύματα έχουν κυρίως Ευρωπαϊκή προέλευση και η είσοδός τους προκαλεί αλλαγές στο ισοζύγιο βασικών θρεπτικών στοιχείων. Τέλος, η τέταρτη πίεση περιλαμβάνει τις ποικίλες ανθρωπογενείς δραστηριότητες που λαμβάνουν χώρα στα παράκτια νερά της Ελληνικής ακτογραμμής και προκαλούν συνεχείς χημικές αλλοιώσεις. Για παράδειγμα, η απελευθέρωση είτε βαρέων μετάλλων από βιομηχανίες είτε θρεπτικών από υδατοκαλλιέργειες είναι δύο ενδεικτικά παραδείγματα που παρατηρούνται σε αυτά τα παράκτια συστήματα σε συνεχή βάση. Συνεπώς, για την τέταρτη μελέτη αναλύθηκαν φυσικές κοινότητες με δειγματοληψία πεδίου, ώστε να αποτυπωθεί η βακτηριακή και ιική κοινότητα μια δεδομένη στιγμή. Εν αντιθέσει με την τέταρτη μελέτη, στις τρεις πρώτες χρησιμοποιήθηκε το πειραματικό εργαλείο των μεσοκόσμων, που χρησιμοποιούνται εκτενώς για να μελετηθούν συγκεκριμένες μορφές πίεσης στο πελαγικό οικοσύστημα, καθώς επιτρέπουν τον πειραματισμό σε μεγάλη κλίμακα, με καλή επαναληψιμότητα και με όλο το μικροβιακό πελαγικό τροφικό πλέγμα παρόν. Γνωρίζοντας ήδη πως αυτές οι πιέσεις επηρεάζουν τις βακτηριακές κοινότητες, στόχος της διατριβής ήταν να ελεγχθεί αν η επιρροή παρατηρείται επίσης στο επίπεδο του ιικού γονιδιώματος ή/και του ιικού λυσιγονικού κύκλου ζωής. Μια βασική υπόθεση των πειραμάτων ήταν πως αν οι πιέσεις έχουν αρνητική επίδραση στα πλαγκτονικά βακτήρια, τότε η επίδραση θα είναι ορατή πρωτίστως στους ιούς, καθώς οι ιοί είναι ένας βιολογικός παράγοντας που ελέγχει και συχνά υποκινεί κυτταρικές αποκρίσεις των ανώτερων τροφικών επιπέδων. Για να ελεγχθεί η υπόθεση, χρησιμοποιήθηκαν ποσοτικές μέθοδοι (παραγωγή λυτικών και λυσιγονικών κυττάρων) και ποιοτικές μέθοδοι (γονιδιωματική ανάλυση).