ウイルス - 黒竜江省コンクリート材料グループ

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細菌性病原体とウイルスは、世界的な水系疾患の主な原因です。ここで我々は、中国最大の水路である南北分水運河（MR-SNWDC）の中間ルートに沿った1432キロメートルの連続体にわたって、ウイルスと病原体の相互作用を通じた水の「自己浄化」という興味深い自然パラダイムを発見した。世界の移転プロジェクト。 MR-SNWDC の総リン (TP) 含有量が非常に低い (ND-0.02 mg/L) ため、運河全体は 2015 年の運用以来、長期にわたるリン (P) 制限にさらされています。組み立てられた 4443 メタゲノムに基づく最近のモニタリングキャンペーンから得られたゲノム (MAG) と 40,261 の非冗長ウイルス操作分類単位 (vOTU) を分析したところ、極度の P 制約に直面している常在ウイルスは、ヌクレオチド複製、DNA 修復、翻訳後の影響を最小限に抑えるために、より小さなゲノムを保持することで特別な適応戦略を採用する必要があることがわかりました。改造費用。下流でのリン供給の減少に伴い、細菌性病原体は環境適合性と増殖能力が抑制され、リン獲得、膜形成、リボヌクレオチド生合成を維持する能力が弱まったことが示されました。その結果、ウイルス溶解感染の強化とウイルス核DNA複製サイクルに関連するリボヌクレオチドレダクターゼ（RNR）遺伝子の量の増加を特徴とするP制限下での独特のウイルス捕食効果により、下流の水域における水系細菌性病原体による健康リスクが予想外に低下した。 -受信エリア。これらの発見は、水質改善と持続可能な水資源管理におけるウイルスと病原体の動態に関連した水の自己浄化の大きな可能性を強調しました。

細菌性病原体はさまざまな環境でリスクを拡散する集団ですが、ウイルスはこれらの病原体の自然の競合者および捕食者として最も多様で頻繁な相互作用を示します。典型的なウイルスのライフスタイルには、溶原性、溶解性、および慢性の感染サイクルが含まれます [1]。毒性の高いウイルスは即時宿主の溶解に寄与し [2]、温帯ウイルスは溶原性期間中にゲノムを宿主細胞に組み込みます [3]。ウイルスの複製と集合は栄養素とエネルギーの宿主に大きく依存しているため、栄養素が制限された条件下、特にリン（P）制限環境下では細胞とウイルス間の頻繁な相互作用が病原体の個体数動態を調節し、その結果、水生生態系の水質に影響を与える可能性があります。

水生微生物の大きなレパートリーは、複数の環境信号に関連する敏感な動態を示します。温度、pH、および栄養素の含有量の変化は、適応性の高い種の自然選択の源として機能し、群集構成の高度な変動をもたらします [4]。リンや窒素 (N) などの栄養素は光合成微生物の主な増殖制限因子であり、微生物ループを通じて従属栄養微生物の生産性にさらに影響を与える可能性があります [5]。生態学理論では、リービッヒの最小法則は、微生物の成長可能性がどの栄養素が最も制限的であるかに依存する可能性があることを示唆しています [6]。ドッド基準 (TP < 0.025 mg/L、TN < 0.7 mg/L) を含む、総 N (TN) と総 P (TP) 濃度の組み合わせに基づいて、N または P 貧栄養境界の 3 つのベンチマーク値が提供されます。、英国の水質基準（TP < 0.02 mg/L、TN < 1.5 mg/L）、およびノルウェーの水質基準（TP < 0.02 mg/L、TN < 0.6 mg/L）[7、8]。栄養素の割合 (特に N:P 比) は、特定の環境における栄養制限を定義するのにも役立ちます。たとえば、レッドフィールド比の N:P は、海洋および淡水の植物プランクトンの基準として「最適な」栄養素の化学量論比 (16:1) を提供します。細菌については理想的な栄養素の化学量論比についてのコンセンサスが得られていないため、潜在的な N 制限または P 制限条件を推定するためにレッドフィールド比がほぼ使用されてきました [9]。長期時系列モニタリングデータによると、広く懸念されている一部の P 制限海域では、地中海東部 (約 28:1)、バミューダ大西洋時系列など、レッドフィールド値よりも高い N:P 比が示されました。調査地 (>24:1)、および北太平洋の亜熱帯循環にあるステーション ALOHA (16:1–25:1) [10,11,12]。さらに、Schanz と Juon は、20:1 の N:P 比を、淡水における P 制限条件を決定するためのベンチマーク値とみなしています [13]。 Guildford と Hecky は、湖の生態系で N:P 比が 22.6 を超えると、P のみの制限が生じると提案しました [14]。米国の何百もの湖の大規模調査では、リンが制限された湖では平均 N:P 比が約 54:1 であることが示されました [15]。近年、長江（～53:1）、漢川（～65:1）、ポー川（～100:1）などの世界的な大河川でも、より高いN:P比が観察されています。 [16、17、18]。 P は、ATP、核酸、リン脂質、その他の重要な生体分子の合成にとって基本的に重要です [19]。リンの利用可能性の低下は、細胞質膜の生合成に影響を及ぼし、イオン恒常性の破壊や細胞形態の変化を引き起こす可能性があります[20]。さらに、長期にわたるリン欠乏は、炭素固定、DNA複製、タンパク質生合成などの基本的な細胞プロセスの深刻な抑制を引き起こし[21]、さらには細胞周期停止やアポトーシスを誘発する可能性がある。

70% and contamination < 10%. The selected thresholds of MAGs were more rigorous than the medium-quality-level based on the Minimum Information about a Metagenome-Assembled Genome (MIMAG) criteria (completeness ≥ 50%, contamination < 10%) [47], and help provide both abundant and robust community-wide information for residential bacteria in the MR-SNWDC. To ensure reliability of the results, subsequent downstream analyses were also performed for high-quality genomes (completeness > 90%, contamination < 5%) in parallel. Taxonomic assignment of each MAG was conducted using GTDB-Tk [48] based on Genome Taxonomy Database (GTDB, http://gtdb.ecogenomic.org) Release 202./p> 0.85 and p values < 0.05 were retained based on the DeepVirFinder tool. Then, CheckV v0.7.0 [54] was applied to estimate the completeness of all contigs identified with the five tools. Contigs containing provirus integration sites were first processed to remove host regions. The selection of putative viral contigs was based on the following criteria: (I) <90% completeness (low/medium-quality) and contig length ≥ 5 kb; (II) ≥90% completeness (high-quality and complete). Viral contigs identified from all assemblies were dereplicated and clustered at 95% average nucleotide identity (ANI) using CD-HIT v4.8.1 [55] (-c 0.95; -aS 0.85). The representative nonredundant sequences were denoted as vOTUs. Taxonomic annotations of vOTUs were performed using geNomad v1.3.0 (https://github.com/apcamargo/genomad). BACPHLIP [56] was applied to predict the lifestyles of vOTUs with high-quality or complete genomes./p>

0 and \({{{{{\rm{ABUN}}}}}}_{{{{{{\rm{Reg}}}}}}_{1,i}} = 0\)), “promoted” (RGF > 0 and \({{{{{\rm{ABUN}}}}}}_{{{{{{\rm{Reg}}}}}}_{1,i}} > 0\)), “inhibited” (RGF < 0 and \({{{{{\rm{ABUN}}}}}}_{{{{{{\rm{Reg}}}}}}_{x,i}} > 0\)), and “vanished” (\({{{{{\rm{ABUN}}}}}}_{{{{{{\rm{Reg}}}}}}_{x,i}} = 0\))./p> 2) might be needed to support the seasonal shifts in viral communities. Four distinct ecological regions emerged for the endemic spatial distribution of viral communities (p < 0.001, Fig. 1B, C, and Table S3), defined as Reg 1 (Danjiangkou Reservoir: 01–02), Reg 2 (upstream: 03–18), Reg 3 (downstream: 19–28), and Reg 4 (water-receiving areas: 29–32)./p>0.85) between the four regions, indicating high concordance in the frequency of viral occurrence in the whole canal (Fig. S2). Furthermore, the spatial distribution of viral populations from upstream to downstream demonstrated that approximately 75% of vOTUs in the whole MR-SNWDC were observed first in the Danjiangkou Reservoir, specifically accounting for 75~90% of viral richness in each of the three concerned main-canal regions (Fig. 1D). The spatiotemporal pattern of viral communities was consistent with that of bacterial communities represented by 4443 MAGs, although a general balance of viral richness was maintained with a significant loss of bacterial richness downstream (Fig. S3)./p>0.05). The COG functions include: A (RNA processing and modification), B (Chromatin structure and dynamics), C (Energy production and conversion), D (Cell cycle control, cell division, chromosome partitioning), E (Amino acid transport and metabolism), F (Nucleotide transport and metabolism), G (Carbohydrate transport and metabolism), H (Coenzyme transport and metabolism), I (Lipid transport and metabolism), J (Translation, ribosomal structure and biogenesis), K (Transcription), L (Replication, recombination and repair), M (Cell wall/membrane/envelope biogenesis), N (Cell motility), O (Posttranslational modification, protein turnover, chaperones), P (Inorganic ion transport and metabolism), Q (Secondary metabolites biosynthesis, transport and catabolism), T (Signal transduction mechanisms), U (Intracellular trafficking, secretion, and vesicular transport), V (Defense mechanisms), W (Extracellular structures), and Z (Cytoskeleton). Source data are provided in the Source Data file./p>

90%, contamination < 5%), confirming the reliability of the results (Fig. S12). In addition to the P-based genes, we investigated other functional genes associated with carbohydrate, energy, nitrogen, sulfur, and nucleotide metabolism, and found a consistent decline in the average copy number of these genes along the canal (Fig. S13). The extremely low-P supply in downstream regions may fall outside the range of P contents in which bacteria can maintain normal physiological activities, thus showing weakened biological functions related to P acquisition and other basic cellular processes. The universally inhibited presence of P-associated genes, as well as the repressed richness and growth potential of bacteria, suggested their low environmental fitness under selection driven by P constraints./p>

60%) to Reg 4 (<40%), and the number of vanished pathogens in Reg 4 was almost tenfold of that in Reg 2 (Fig. 6A). Meanwhile, ten bacterial pathogens carrying multiple ARGs, as antibiotic-resistant super pathogens, appeared upstream but were almost eliminated in the water-receiving areas (Fig. 6B), suggesting a reduction in the current health risks posed by antibiotic-resistant pathogens./p>