Discovery of salt-loving pleolipoviruses infecting archaea : vesicle-like virion is the key to success

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-10-8564-2
Title: Discovery of salt-loving pleolipoviruses infecting archaea : vesicle-like virion is the key to success
Author: Pietilä, Maija
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences, Department of Biosciences, Division of General Microbiology
Institute of Biotechnology
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2013-02-08
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-10-8564-2
http://hdl.handle.net/10138/37920
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Extremophiles are found in all three domains of cellular life but especially archaea are able to withstand harsh conditions. Halophilic archaea thrive in hypersaline environments like salt lakes and salterns which have been shown to contain high abundance of virus-like particles. So far, head-tailed viruses are the most common isolates infecting haloarchaea, which is in contrast to a variety of morphologies described for the viruses of hyper-thermophilic archaea. Altogether, approximately 100 archaeal viruses have been isolated but only a fraction of them has been subjected to detailed structural analyses. In this thesis, a novel haloarchaeal virus, Halorubrum pleomorphic virus 1 (HRPV-1), was isolated from a solar saltern. This virus was shown to have a flexible, pleomorphic vesicle-like virion devoid of a rigid protein capsid. The genome analyses revealed that HRPV-1 is the first archaeal virus to be isolated which does not have a double-stranded but a single-stranded DNA genome. A genomic region of HRPV-1 showed similarity to the genome of another haloarchaeal virus, Haloarcula hispanica virus 2 (His2), as well as to the genome of Haloarcula marismortui and Natronomonas pharaonis indicating that HRPV-1-like elements are widespread. Consistent with this, pleomorphic viruses resembling HRPV-1 and infecting haloarchaea of the genera Haloarcula, Halorubrum and Halogeometricum have subsequently been isolated from geographically distant locations, and this study was extended to altogether seven viruses. All these viruses were sensitive to lowered ionic strength confirming their halophilic nature. Based on the virion properties, these haloviruses were defined as pleolipoviruses. Life-cycle studies showed that the pleolipoviruses are nonlytic and progeny virions are produced continuously resulting in host growth retardation. The most likely exit mechanism is budding which is consistent with the observation that the pleolipoviruses acquire their lipids unselectively from the host lipid pool. All pleolipoviruses have two major structural protein species, and biochemical dissociation studies showed that the larger-sized proteins form spike-like protrusions on the virion surface and the smaller-sized proteins are embedded in the inner surface of the membrane vesicle. The three-dimensional virion structure of HRPV-1 revealed that the spike structures are randomly distributed on the virion surface. The genome of the pleolipoviruses is enclosed in a lipid vesicle without associated nucleoproteins. Although the pleolipoviruses have different genome types, single- or double-stranded, circular or linear DNA, the membrane vesicle-based virion architecture is conserved. This work introduced a novel group of pleomorphic viruses infecting extremely halophilic archaea and showed that vesicle-like virion architecture is common in hypersaline environments. Interestingly, the archaeal pleolipoviruses were observed to share several similarities with a bacterial mycoplasmavirus indicating that these viruses may form a viral lineage with an ancient origin.Viruksia on kaikkialla, ja on arvioitu, että maapallolla on jopa kymmenen kertaa enemmän viruksia kuin solullisia eliöitä. Tämän vuoksi kaikki eliöt ovat alttiina virusinfektioille, ja virukset ovatkin yksi yleisimpiä taudinaiheuttajia. Virukset ovat kuitenkin täysin riippuvaisia soluista, sillä ne pystyvät monistumaan ainoastaan solujen sisällä hyödyntäen näiden energiakoneistoa. Virukset monistuvat kopioimalla genominsa ja muodostamalla sen ympärillä viruspartikkelin, jota kutsutaan virioniksi. Arkit ovat bakteerien tapaan yksisoluisia eliöitä, ja ne ovat myös osa ihmisen normaaliflooraa. Yksi arkkien merkittävimmistä piirteistä on kuitenkin niiden kyky elää ääriympäristöissä kuten kuumissa lähteissä ja suolajärvissä. Tällaisista ympäristöistä on eristetty myös monia viruksia, jotka infektoivat arkkisoluja. Osa näistä viruksista muistuttavat bakteerien tai ihmisten viruksia, mutta monet ovat täysin uudenlaisia kuten sitruunanmuotoiset virukset. Onkin arvioitu, että arkkivirusten tutkimus paljastaa vielä monia uusia virionityyppejä. Tämän väitöskirjatyön tavoitteena oli eristää uusia viruksia, jotka infektoivat arkkisoluja. Kohteeksi valittiin suolanrikastusaltaat, joissa kiteytetään merivedestä suolaa ja joissa arkkisolut viihtyvät. Altaista eristettiin Halorubrum-sukuun kuuluva arkkikanta, ja tämän arkin havaittiin toimivan isäntänä samasta altaasta peräisin olevalle virukselle, jolle annettiin nimi Halorubrum pleomorphic virus 1 (HRPV-1). Infektion todettiin hidastavan solujen kasvua, mutta virusinfektioista huolimatta solut pysyivät hengissä mahdollistaen tehokkaan tuottosysteemin virukselle. HRPV-1-virionin analyysi osoitti, että virus on uudentyyppinen arkkivirusten joukossa sekä genominsa että virionin muodon puolesta. HRPV-1-viruksen kaltaisia viruksia on sittemmin eristetty eri puolilta maapalloa, ja väitöskirjassa tutkimus laajennettiin yhteensä seitsemän viruksen ryhmään. Näiden virusten osoitettiin olevan läheistä sukua keskenään, ja väitöskirjassa esitettiin uuden taksonomisen ryhmän, virusheimon, muodostamista. Väitöskirjatyössä kuvattiin myös ensimmäinen arkkivirus, jolla on yksijuosteinen DNA-genomi, mikä todistaa sen, että arkkivirusten genomityyppi ei ole rajoittunut kaksijuosteisiin DNA-molekyyleihin kuten aiemmin on luultu. Lisäksi väitöskirjatyö osoittaa, että nämä pleomorfiset virukset muistuttavat samanmuotoisia bakteeriviruksia antaen viitteitä siitä, että näillä viruksilla on yhteinen esi-isä, joka oli olemassa jo ennen arkki- ja bakteerilinjojen eriytymistä.
Subject: virology
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
discover.pdf 837.9Kb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record