Antonio Alcami �Centro de Biología Molecular Severo Ochoa�

Los virus �en ecosistemas extremos de la Antártida�

El tamaño y morfología de los virus!

Bacteriófagos: ciclo lítico y lisogénico!

Procariotic virus!bacteriophage T4!(bacteria)!

Virus de la viruela!

Virus vaccinia!

Los virus son las entidades biológicas más ABUNDANTES y DIVERSAS del planeta:!

-1.000 millones partículas de virus (VLP) por litro de agua de mar!-10.000 millones VLP por kilogramo de suelo!

Los virus matan un 20% de los microbios en el océano cada día!

Los virus en los ecosistemas !

4x1030 virus en los océanos (longitud de 100 nm)!Los virus se extenderían 10 millones de años luz!100 veces la distancia a través de nuestra galaxia!

Masa en carbono equivalente a 75 millones de ballenas azules!

• Curtis Suttle (2005) Nature 437:356!

Los virus que infectan cyanobacterias marinas poseen genes implicados en la fotosíntesis. La infección viral aumenta la supervivencia del hospedador y adaptación a nuevos ambientes!

-  La Antártida ha estado aislada durante unos 20 millones de años �con poca influencia humana (últimos ambientes prístinos de la Tierra)�

-  Virus que han evolucionado aislados del resto del planeta �

-  Virus adaptados a condiciones extremas de vida�

-  Virus del continente antártico completamente desconocidos�

-  Ecosistemas sencillos�

Por qué estudiar los virus de la Antártida?�

Antártida �

Polo Norte (Ártico) Océano rodeado de tierra

Polo Sur (Antártida) Continente rodeado de océano

No hay osos polares !!

Antártida 98% cubierto por hielo

Antártida -  clima desértico -  temperaturas muy bajas (-89oC) -  fuertes vientos

-  Antártida marítima (temperaturas más elevadas y más precipitaciones)

- Tratado Antártico

La expedición antártica …

Programa Polar Español Ministerio de Ciencia e Innovación Consejo Superior de Investigaciones Científicas

Península Antártica�

Base Antártica Española�Juan Carlos I�

Isla Decepción�Islas Shetland del Sur�

Península Byers, Isla Livingston�

Area Antártica de Especial Protección�(ASPA 126) �

Campamento temporal en la Península Byers�

Campamento temporal en la Península Byers�

Vegetación en la Antártida:�musgos �líquenes�

plantas vasculares (deschampsia �antartica, colobanthus quitensis)�

Bajo en nutrientes (oligotrófico)

No influído por la fauna marítima (focas y pingüinos)

Pájaros (skuas, charrán antártico) visitan esporádicamente el lago

Animales más complejos: copépodos y anostráceos

Bacterias, algas rotíferas, protozoos y musgos acuáticos

Dominado por microorganismos

Skua

Charrán

Anostráceo

Copépodo

Lago Limnopolar

Protozoos Rotíferos

El lago Limnopolar durante la transición entre la primavera y el verano !

Noviembre!

Diciembre!

Enero!

Transmission Electron Microscopy!

Large diversity of viral morphologies!(siphovirus, podovirus, myovirus)!

Metagenomica de virus!

Secuenciación del material genético de la comunidad de virus !(muestras ambientales y organismos)!

Secuenciadores de nueva generación (454-Roche, Illumina)!

Permite identificar virus que no han sido aislados/crecidos en el laboratorio!

454 sequencer, Roche (I)

454 sequencer, Roche (II)

Secuenciador 454, Roche

400.000 reacciones de secuencia (>1 millón de reacciones) approx. 200 bases/reacción (>400 bases)

80 millones de bases (>400 millones de bases)

Metagenomic overview of the viral assemblage of Lake Limnopolar !

-Most of the sequences show no similarities to sequences deposited in databases!

-Several thousands of sequences are ascribed to viruses!

-The ʻunknownʼ sequences are different to the ʻunknownʼ sequences from other viromes (0.3-2.9%) !

0!

2!

4!

6!

8!

10!

12!

14!

Antarctica

4440424.3 4440414.3 4440412.3 4440439.3

4440305.3 4440304.3 4440306.3 4440322.3 4440330.3 4440040.3 4440036.3 4440038.3 4440280.3 4440102.3

4440371.3 4440376.3 4440370.3 4440375.3 4440377.3 4440374.3

4440320.3 4440323.3 4440321.3

4440436.3 4440432.3 4440327.3 4440328.3 4440325.3 4440431.3 4440428.3 4440417.3 4440427.3

Freshwater Seawater Coral Stromatolites Hyper-salines

Num

ber o

f vira

l fam

ilies

e<10-5

e<0.01

Comparison of the number of viral families! in 32 aquatic viromes !

Unexpected taxonomic diversity of viruses in an Antarctic lake!

Remarkable viral diversity (richness and Shannon Wiener index) in an Antarctic lake!

Viral diversity and assemblage structure based on!rank-abundance model predictions (PHACCs) !

00 20 40 60

Pox Herpes

Irido Phycodna

Myo Sipho Podo Mimi Nima

Polydna Asco Asfar

Baculo Lipothrix

Rudi Plasma

Unclassified Gemini

Micro Nano Circo

Ino Satellite

dsD

NA

ssD

NA

Spring

% Virus 00 20 40 60 80

Summer

Seasonal shift from a ssDNA-virus dominated assemblage in!spring to a dsDNA-virus dominated community in summer !

% Virus

Sequence reads corrected for :!(1)  genome length!(2)  amplifications by Phi29 Pol!

Small DNA viruses!

Bacteriófagos!

00 20 40 60

Pox

Herpes

Irido

Phycodna

Myo

Sipho

Podo

Mimi

Nima

Polydna

Asco

Asfar

Baculo

Lipothrix

Rudi

Plasma

Unclassified

Gemini

Micro

Nano

Circo

Ino

Satellite

dsD

NA

ssD

NA

Spring

00 20 40 60 80

Summer

Seasonal shift from a ssDNA-virus dominated assemblage in!spring to a dsDNA-virus dominated community in summer !

Phycodnaviruses Prasinovirus OtV5!

% Virus

‘ GRAN DIVERSIDAD DE VIRUS DE LA ANTARTIDA’

Por qué encontramos una de las mayores diversidades de virus del planeta en un continente extremo y ecosistema sencillo?

Existen virus únicos en la Antártida que han evolucionado independientemente del resto de los virus del planeta?

Primera descripción de virus en la Antártida (A. Lopez-Bueno, J. Tamames, D. Velazquez, A. Moya, A. Quesada and A. Alcami. 2009. High diversity of the viral community form an Antarctic lake. Science 326:858-861)

Metagenoma viral eucariótico

Sistema de lagos�subantárticos�

Ellsworth (UK), Vostok (Rusia) y USA�

David Velázquez!Antonio Quesada!

Javier Tamames!Andrés Moya!

Alberto López-Bueno!Antonio Alcamí!

Alberto !López-Bueno!

Antonio!Alcami!

David !Velazquez!

Antonio!Quesada!

Proyecto LIMNOPOLAR!(Programa Polar Español, MICINN!

y Buque Las Palmas)! Juan!Alonso Lobo!

REFERENCES VIRUSES Viral Metagenomics Reviews - R. A. Edwards and F. Rohwer. 2005. Viral metagenomics. Nature Rev. Microbiol.3:504. - C. Suttle. 2005. Viruses in the sea. Nature 437:356. - F. Rohwer and R. V. Thurber. 2009. Viruses manipulate the marine environment. Nature 459:207. - C. A. Suttle. 2009. Viruses in the sea. Nature 459:356. Papers - F. E. Angly et al. The marine viromes of four oceanic regions. 2006. PLoS Biology 4:e368. - E. A. Dinsdale et al. 2008. Functional metagenomic profiling of nine biomes. Nature 452:628. - I. Sharon et al. 2009. Photosystem I gene cassettes are present in marinevirus genomes. Nature 461:258 Methods - R. V. Thurber et al. 2009. Laboratory procedures to generate viral metagenomes. Nature Protocols 4:470. Antarctic viruses Reviews - J. Laybourn-Parry and D. Pierce. 2007. The biodiversity and ecology of Antarctic lakes: models for evolution. Phil. Trans. Soc. B. 362:2273. Papers - A. Lopez-Bueno et al. 2009. High diversity of the viral community from an Antarctic lake. Science 326:585.