Caracterizar a dinâmica de infecção e as relações evolutivas dos cianofagos e seus hospedeiros é fundamental para entender os estados atuais e futuros dos ecossistemas marinhos e de água doce. Técnicas avançadas de sequenciamento de alto rendimento e métodos analíticos modernos permitem o sequenciamento rápido de genomas de cianofagos (e hospedeiros) para estudar as relações vírus-hospedeiro 1,2. No entanto, os fluxos de trabalho começam com amostragem ambiental para isolar e identificar vírus e seus hospedeiros 3,4,5. Devido à diversidade da virosfera, não existe um protocolo único para amostragem e caracterização de todos os vírus e bacteriófagos. De fato, cada sistema hospedeiro de vírus tem suas características únicas. No entanto, os objetivos básicos são semelhantes, independentemente do sistema de vírus que está sendo explorado: isolar o vírus; determinar a gama de hospedeiros; demonstrar infecção produtiva em um ou mais hospedeiros; caracterizar a dinâmica de infecção vírus, hospedeiro e vírus-hospedeiro usando abordagens qualitativas e quantitativas. Uma compreensão avançada do sistema de vírus pode ser examinada perturbando o sistema. A alteração de parâmetros como multiplicidade de infecção (MOI)6, temperatura, pH, cepa do hospedeiro ou pela aplicação de medicamentos para determinar como o sistema responde, fornece informações adicionais sobre a natureza da dinâmica vírus-hospedeiro. Manipulações mais avançadas, como a evolução dirigida, podem fornecer informações adicionais sobre a trajetória evolutiva potencial do sistema e como os desfechos coevolutivos podem impactar a comunidade microbiana e o ecossistema mais amplos.
Neste estudo, apresentamos um protocolo modelo (mas prontamente adaptável) para amostragem ambiental de micróbios fotossintéticos, como cianobactérias e microalgas, que desempenham um papel crítico na ciclagem de nutrientes e na produção primária em ecossistemas marinhos, de água doce e outros ecossistemas aquáticos 7,8,9,10,11 . O fluxo de trabalho se concentra em isolar hospedeiros das zonas eufóticas de ambientes marinhos e de água doce e seus vírus e bacteriófagos, que são os principais impulsionadores desses ecossistemas12. Tanto os vírus quanto os bacteriófagos afetam as estruturas populacionais eucarióticas e procarióticas e influenciam fortemente a diversidade e a produtividade do ecossistema13. Assim, o objetivo aqui é fornecer um protocolo de amostragem e fluxo de trabalho pós-amostragem que facilite o enriquecimento de hosts e vírus para investigar: dinâmica de vírus único/host único, multivírus/host único, vírus único/multihost e multivírus/host múltiplo; -substratos ómicos subjacentes à dinâmica de infeção vírus-hospedeiro; e potenciais trajetórias coevolutivas e desfechos evolutivos que afetam o sistema vírus-hospedeiro em estudo e o ecossistema maior do qual os vírus e o hospedeiro foram extraídos.
Especificamente, descrevemos um fluxo de trabalho para amostragem ambiental, pré-processamento de amostras em campo (ou seja, antes de chegar ao laboratório), pós-processamento para isolamento de bacteriófagos (e vírus), enriquecimento de culturas de espécies mistas de microrganismos para identificar hospedeiros permissivos, desenvolvimento de isolados de colônia única de hospedeiros putativos, confirmando uma boa-fé relação vírus-hospedeiro (ou seja, infecção produtiva) e caracterizando propriedades fundamentais da infecção (por exemplo, virulência). Os ensaios de infecção não apenas permitem o cálculo da virulência relativa (VR) 14 e resiliência do hospedeiro (RR) 15, mas também incluem etapas para extrair amostras de cultura em pontos-chave para investigar substratos ômicos subjacentes à fisiologia observada (ou seja, a dinâmica de interação vírus-hospedeiro). Por fim, discutimos possíveis armadilhas, solução de problemas e soluções, bem como maneiras de modificar etapas selecionadas para atingir táxons específicos. O fluxo de trabalho é aplicável aos sistemas cianofágio-cianobactérias, ficodnavírus-microalgas e fusellovírus-archaea termofílicos16,17, demonstrando sua utilidade na caracterização de vírus em todos os três domínios da vida: Bactérias, Eukarya e Archaea.