Infecções virais e o branqueamento de corais

Abstract

O branqueamento de corais consiste na diminuição populacional da zooxantela dentro do tecido coralíneo e está associado ao estado de depleção nutricional do coral, sendo considerado uma das principais causas de sua mortalidade. Existem duas vias bem elucidadas de branqueamento de corais, o Branqueamendo por Estresse Oxidativo e o Branqueamento por Infecção Bacteriana; entretanto, muitas evidências apontam uma correlação entre o branqueamento de corais e infecções virais. Diversos estudos indicam uma provável infecção viral latente em zooxantelas, onde partículas virais são expressas a partir da exposição das células algais à fatores estressantes relacionados ao branqueamento, como radiação UV intensa e altas temperaturas, levando à lise celular. Embora existam evidências de um possível papel das infecções por vírus gigantes no branqueamento de corais, ainda não existem explicações mecanicistas para vincular infecções virais ao estado de saúde dos corais. Neste trabalho, construímos um modelo matemático para investigar o provável comportamento da dinâmica populacional de zooxantelas a partir da influência da dinâmica infecciosa de vírus gigantes, onde este é capaz de estabelecer uma infecção latente no hospedeiro. A partir de um estudo extensivo dos valores de parâmetros relacionados ao processo de infecção e à estratégia reprodutiva dos vírus gigantes, encontramos que altas taxas de infecção lisogênica e transferência vertical da infecção viral estão relacionadas ao estado de coral saudável, enquanto que valores altos de indução viral estão relacionados ao estado branqueado. Além disso, sugerimos que a flutuabilidade anual de fatores ambientais podem levar ao aparecimento de ciclos de branqueamento. Sugerimos que essa dinâmica ímpar deve desempenhar um papel importante e anteriormente negligenciado nos eventos de branqueamento de corais. Propomos aqui uma nova hipótese para o branqueamento de corais – o Branqueamento Viral de Corais – apontando quais são as condições teóricas em que essa via de branqueamento deve ser relevante.

Coral bleaching consists in the population decrease of zooxanthellae cells within coral tissue and is associated with coral starvation, being considered one of the main causes of coral mortality. There are two well-understood coral bleaching pathways, Oxidative Stress Bleaching and Bacterial Infection Bleaching; however, several evidences indicate a correlation between coral bleaching and viral infections. Several studies indicate a probable latent viral infection in zooxanthellae cells, where viral particles are expressed from algal cell exposure to stressors related to bleaching, such as intense UV radiation and high temperatures, leading to cell lysis. Although there is evidence of a possible role of giant virus infections in coral bleaching, there are still no mechanistic explanations for linking viral infections to coral health status. Here, we built a mathematical model to investigate the putative behavior of zooxanthellae population dynamics under the influence of the infectious dynamics of giant viruses, where viruses are able to establish a latent infection in the host. From an extensive study of the parameter values related to the infection process and reproductive strategy of giant viruses, we found that high rates of lysogenic infection and vertical transfer of viral infection are related to healthy coral status, whilst shifts from lysogenic to lytic reproduction are liked to a bleached state. In addition, we suggest that annual fluctuation of environmental factors may lead to the appearance of bleaching cycles. We suggest that this unique dynamics should play an important and previously neglected role in coral bleaching events. Here we propose a new hypothesis for coral bleaching - Viral Coral Bleaching - pointing out the theoretical conditions under which this bleaching pathway should be relevant.