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Interactions of giant viruses with their hosts and symbiotic bacteria
Patrick Klaus Arthofer
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Mikrobiologie und Umweltsystemwissenschaft
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doctor of Philosophy-Doktoratsstudium NAWI Bereich Lebenswissenschaften (DissG: Biologie)
Betreuer*in
Matthias Horn
DOI
10.25365/thesis.74312
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-20867.72660.738895-9
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Riesenviren (Nucleocytoviricota), die komplexesten Viren, die der Wissenschaft bekannt sind, zeichnen sich dadurch aus, dass ihre Genom- und Partikelgrößen, mit denen von Bakterien vergleichbar sind. Die Metagenomik enthüllte eine atemberaubende Vielfalt an Riesenviren in praktischen allen Ökosystemen, sie liefert jedoch nur begrenzte Einblicke in die ökologische Rolle von Riesenviren und der Interaktionen zwischen ihnen und ihren Wirten. Wir fangen gerade erst an zu verstehen, wie Wechselwirkungen zwischen Riesenviren, ihren protistischen Wirten und anderen Organismen Ökosysteme beeinflussen können. In dieser Dissertation habe ich die Biologie eines neues Riesenvirusisolat, das Naegleria infiziert, beschrieben. Des weiteren habe ich gezeigt, dass bakterielle Symbionten die Virusreplikation blockieren können, und habe in einem Evolutionsexperiment die Anpassungen eines Riesenvirus an einen alternativen Wirt untersucht. Im dritten Kapitel dieser Dissertation, habe ich das Naegleriavirus (NiV) charakterisiert und seine einzigartigen Anpassungen an Naegleria aufgezeigt. NiV enthält eine ungewöhnlich hohe Anzahl an Translationsgenen und vom Wirt erworbenen Genen. Eine NiV-Infektion war für alle getesteten Naegleria-Arten tödlich. Diese Studie erweitert unser Wissen über Riesenviren und bietet das Potenzial zur Bekämpfung des Humanpathogens Naegleria fowleri. Das vierte Kapitel dieser Dissertation untersuchte Interaktionen zwischen bakteriellen Symbionten und Riesenviren in freilebenden Amöben. Die Wirte von Riesenviren, die Protisten, sind essentielle Regulatoren mikrobieller Gemeinschaften. Sie kontrollieren das Bakterienwachstum durch Prädation und interagieren daher mit verschiedenen bakteriellen Symbionten. Ich isolierte einen Riesenvirus (Viennavirus) und seinen bakteriellen Symbionten-infizierten Acanthamoeba-Wirt und zeigte, dass der Symbiont (Parachlamydia acanthamoeba) die Replikation des Viennavirus unterdrückt. Darüber hinaus unterdrückte der Symbiont die Replikation von Acanthamoeba polyphaga mimivirus und Tupanvirus deep ocean. Dieser Befund zeigt erstmals, dass symbiotische Bakterien als antivirale Abwehrsysteme von Protisten dienen können. Das fünfte Kapitel dieser Dissertation widmet sich einem Evolutionsexperiment, bei dem die Anpassung von Viren an verschiedene Amöbenwirte beobachtet wurde. Tupanvirus, ein komplexes Riesenvirus, weist wahrscheinlich aufgrund seines Translationsapparates ein breites Wirtsspektrum auf. Der Replikationserfolg von Tupanvirus war im alternativen Wirt Vermamoeba zunächst gering, doch nach sieben seriellen Passagen nahmen die Virusreplikation und der Tod des Wirts deutlich zu. Diese Studie zeigt die schnelle Anpassung von Riesenviren an neue Wirte. Die drei in dieser Dissertation vorgestellten Projekte haben weitreichende Auswirkungen auf unser Verständnis der protistischen Ökologie, Symbiose sowie der Biologie und Evolution von Riesenviren.
Abstract
(Englisch)
Giant viruses (Nucleocytoviricota), the most complex viruses known to science, have genomes and particle sizes comparable to bacteria. Metagenomics revealed a breathtaking diversity of giant viruses from virtually every environment. However, metagenomics provides only limited insights into the interactions between hosts and giant viruses, as well as the ecological roles of these viruses. We are only beginning to understand how interactions between giant viruses, their protist hosts, and other organisms can influence ecosystems. In this dissertation, I investigate the biology of a novel giant virus isolate infecting Naegleria, show that bacterial symbionts can block viral replication, and demonstrate the adaptations of a giant virus to an alternative host in an evolution experiment. In the third chapter, I characterize Naegleriavirus (NiV), revealing its unique adaptations to Naegleria. NiV contains an unusually high number of translation genes and acquired genes via horizontal gene transfer from host organisms. NiV infection was lethal for all tested Naegleria species. This study expands our knowledge of giant viruses and offers the potential for controlling the deadly human pathogen Naegleria fowleri. The fourth chapter of this dissertation investigated interactions between bacterial symbionts and giant viruses in free-living amoebae. The hosts of giant viruses, protists, are essential regulators of microbial communities. They control bacterial growth through predation and therefore interact with various bacterial symbionts. I isolated a giant virus Marseillevirus viennavirus and its bacterial symbiont-infected Acanthamoeba host and found that the symbiont (Parachlamydia acanthamoeba) represses Viennavirus replication. Additionally, the symbiont suppressed the replication of Acanthamoeba polyphaga mimivirus and Tupanvirus deep ocean (Tupanvirus). This finding shows for the first time that symbiotic bacteria can serve as anti-viral defense systems of protists. The fifth chapter of this dissertation reports on an evolution experiment, observing viral adaptation to diverse amoeba hosts. Tupanvirus, a complex giant virus, exhibits a broad host range likely due to its translation independence. Tupanvirus replication success was initially low in the alternative host Vermamoeba, but viral replication and host death increased significantly after seven serial passages. This study demonstrates the rapid adaptation of giant viruses to novel hosts. The three projects presented in this dissertation have far-reaching implications for our understanding of protist ecology, symbiosis, and giant virus biology and evolution.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Riesenviren Amöben Symbiose Chlamydia Acanthamoeba Naegleria Viennavirus Mimivirus Tupanvirus experimentelle Evolution
Schlagwörter
(Englisch)
Giant virus amoeba symbiosis chlamydia Acanthamoeba Naegleria Viennavirus Mimivirus Tupanvirus Naegleriavirus experimental Evolution
Autor*innen
Patrick Klaus Arthofer
Haupttitel (Deutsch)
Interactions of giant viruses with their hosts and symbiotic bacteria
Paralleltitel (Deutsch)
Interaktionen von Riesenviren mit ihren Wirten und symbiotischen Bakterien
Publikationsjahr
2023
Umfangsangabe
119 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Chantal Abergel ,
Frank Aylward
Klassifikation
42 Biologie > 42.30 Mikrobiologie
AC Nummer
AC16947358
Utheses ID
68076
Studienkennzahl
UA | 794 | 685 | 437 |