PHYVIR

Het in kaart brengen van interacties tussen mariene algen en virussen, van lokale tot mondiale schaal

Fytoplankton (microscopische algen) produceren 50% van de zuurstof op Aarde en voeden de oceanen, maar zijn gevoelig voor virusinfecties. Hoewel het enorme effect van virussen ons allemaal bekend is, weten we nog maar heel weinig van hun invloed op het fytoplankton in de oceanen. Het PHYVIR onderzoeksproject heeft tot doel deze kennisleemte op te vullen. Dit doen we door virus-fytoplankton interacties in het laboratorium en tijdens oceaanexpedities te onderzoeken, en door geavanceerde computermodellen te bouwen die kunnen voorspellen hoe mariene virussen wereldwijd de cycli van koolstof- en nutriënten in de oceaan beïnvloeden, en daarmee de gezondheid van onze planeet.

Department

Themes

Duration

-
Virussen spelen een belangrijke rol bij de selectieve sterfte van marien fytoplankton, maar het vertalen van hun ecologische impact op verschillende schaalniveaus vormt nog steeds een grote kennislacune.

Virussen spelen een belangrijke rol bij de selectieve sterfte van marien fytoplankton, maar het vertalen van hun ecologische impact op verschillende schaalniveaus vormt nog een grote kennislacune

Project description

Ondanks hun minuscule omvang is fytoplankton verantwoordelijk voor ca. 50% van de wereldwijde zuurstofproductie, en neemt het enorme hoeveelheden door de mens veroorzaakte CO₂ op. Het is van vitaal belang voor de productiviteit van mariene ecosystemen en speelt een sleutelrol in de wereldwijde koolstof- en nutriëntenkringloop. Net als al het andere leven op aarde is fytoplankton echter vatbaar voor virale infecties. Door virussen veroorzaakte sterfte (virale lysis) van fytoplanktoncellen leidt de stroom van energie en elementen om, met naar verwachting verstrekkende gevolgen voor de structuur en het functioneren van het oceaanecosysteem.

Toch zijn de virale lysispercentages bij fytoplankton slecht in kaart gebracht. In hoeverre virale infecties de elementaire samenstelling (d.w.z. de ecologische stoichiometrie) en functionele kenmerken (d.w.z. eigenschappen) van het fytoplankton als gastheer beïnvloeden, moet nog worden opgehelderd. De effecten van (door de wereldwijde klimaatverandering veroorzaakte) omgevingsstressoren op virus-gastheerinteracties zijn onvoldoende bestudeerd, en een uitgebreid inzicht in de geografische verspreiding van virus- en fytoplankton-gastheereigenschappen ontbreekt. Bovendien ontbreekt de virus-gastheerdynamiek in mondiale ecosysteemmodellen en biogeochemische modellen over het algemeen, is deze slechts impliciet opgenomen, of wordt aangenomen dat deze voor alle fytoplanktongroepen gelijk is. Alleen door de integratie van complementaire expertise, variërend van virale ecologie, fytoplankton-ecofysiologie, moleculaire biologie en biologische oceanografie tot grootschalige bio-informatische data-analyse en wiskundige modellering, kunnen we de kennislacunes effectief overbruggen die ons huidige begrip en voorspellend vermogen beperken van hoe virale infecties de samenstelling van fytoplankton en biogeochemische fluxen beïnvloeden.

Projectdoelen

Het PHYVIR-project heeft tot doel de interacties tussen fytoplankton en virussen te verduidelijken, van het subcellulaire niveau tot de biosfeer, en van lokale tot mondiale schaal. Het onderzoek strekt zich uit van genetische analyse en gecontroleerde experimenten tot oceaanexpedities en mondiale ecosysteemmodellen. De vijf onderling samenhangende doelstellingen zijn gericht op:

  1. Experimenten met enkelvoudige gastheer-virussystemen die een gedetailleerde karakterisering van de eigenschappen van het virus en de geïnfecteerde gastheer, elementaire stoichiometrie en patronen van genexpressie voor de belangrijkste fytoplanktongroepen zullen opleveren, die zullen worden gebruikt om het mechanistische, op eigenschappen gebaseerde model te evalueren. 
  2. Experimentele systemen met meerdere gastheren in het laboratorium zullen de impact van virale infectie op competitieve interacties bepalen, met name onder omstandigheden van nutriëntenbeperking en temperatuurschommelingen. 
  3. Manipulatie van semi-natuurlijke fytoplanktongemeenschappen om de impact van virale infecties op de genexpressie en eigenschappenverdeling van de gastheer te karakteriseren onder vergelijkbare omgevingsstressoren. 
  4. Veldwerk in de Atlantische Oceaan, die van mondiaal belang is voor de oceaancirculatie en het klimaat, om de biogeografie van fytoplankton en virussen te beoordelen van de tropen tot subpolaire wateren. Langs deze grootschalige milieugradienten, met name in nutriënten en temperatuur, zullen fytoplanktonpopulatiespecifieke virale lysispercentages worden gekwantificeerd en zullen de actieve virale infecties die deze veroorzaken worden geïdentificeerd door celsortering in combinatie met gerichte omics-benaderingen.
  5. Interacties tussen fytoplankton en virussen zullen worden geïntegreerd in geavanceerde mondiale mariene ecosysteemmodellen, die voortbouwen op de empirische eigenschappen, elementaire stoichiometrie en kwantificering van snelheden, en die zullen worden gevalideerd aan de hand van grootschalige patronen van virale lysispercentages en virale biogeografie.

De synergetische aanpak en de toegepaste methodologieën bevinden zich in de voorhoede van de huidige ontwikkelingen in de mariene microbiële ecologie en oceanografie. Samen zullen de nieuwe inzichten die uit het PHYVIR-project worden verkregen, leiden tot op gegevens gebaseerde prognoses over de kwantitatieve impact van virale lysis op fytoplanktongemeenschappen en de daarmee samenhangende effecten op de mondiale koolstof- en nutriëntenkringloop in de oceaan van de toekomst.

Projectteam

  • Dr. Hisham Shaikh (postdoc, NIOZ)
  • Li Zhao (promovendus, NIOZ)
  • Xiaonan Cai (promovendus, NIOO) 
  • Melle Versluis (promovendus) 

Consortium leden

  • Dr. Daniel Mende (Keio University, Tokyo, Japan) 
  • Dr. Stephanie Dutkiewicz (MIT, USA) 
  • Prof. Mick Follows (MIT, USA) 
  • Dr. David Talmy (University of Tennessee, USA) 
  • Prof. Elizabeth Borer (University of Minnesota, USA) 
  • Dr. Yael Artzy-Randrup (UvA) 
  • Dr. Paula Dalcin Martins (UvA)
  • Prof. Mathieu Odijk (University of Twente) 
  • Tycho Malmberg (NIBI - The Netherlands Institute of Biology)
  • Dr. Guy Schlyer (collaborator, NIOZ) 
  • Dr. Rob Middag (collaborator) 

Stagiairs en gasten in dit project

  • Amelie Wittig (UvA masterstudent 2026 bij NIOZ) 
  • Jitske Luttikholt (HBO-student 2026 bij NIOZ, Hogeschool Saxion, Deventer) 
  • Liam Mills (UU masterstudent 2026 bij NIOZ) 
  • Thomas Cupido (RUG masterstudent 2026 bij NIOZ/RUG) 
  • Emma Hynes (UvA masterstudent 2026 bij UvA) 
  • Eva Hekma (UvA masterstudent 2026 bij UvA) 
  • Karlein van Bijssum (RUG masterstudent 2026 bij RUG) 
  • Dr. Jasmin Stimpfle (gast op de expeditie PHYVIR-1; AWI, Germany) 

Gerelateerde wetenschappelijke publicaties