Viruskirjon kartoittamista muurahaisilla

Muurahaiset ovat kaikille tuttuja ahertajia, joita näkee lähes missä päin maailmaa tahansa. Biomassaltaan muurahaisia on viidesosa ihmisten biomassasta, ja niiden ekologinen merkitys on valtava mm. kasvien siementen levittäjänä, maaperän parantajina ja ravinteiden kierrättäjinä. Muurahaiset pesärakenteineen tarjoavat runsaan kasvualustan niitä hyödyntäville parasiiteille. Muurahaisista on löydetty erilaisia makroparasiitteja kuten punkkeja ja matoja, ja mikrobeja kuten bakteereja ja sieniä. Vasta aivan viime vuosina on alettu tutkia myös muurahaisten viruksia.

Virusten tutkiminen muurahaisilla lisää arvokasta tietoa virusten infektiodynamiikasta yhteiskunnissa elävissä eliöissä. Vertaamalla yhteiskunnissa ja yksin elävien hyönteisten virusten määrää ja runsautta saadaan selville, edistääkö sosiaalisuus virusten leviämistä muurahaisilla samaan tapaan kuin ihmisillä, vai onko niille kehittynyt erityisiä puolustusmekanismeja ja käyttäytymismalleja virusten torjuntaan. On myös kiinnostavaa tutkia, miten runsaasti muiden hyönteisten viruksia löytyy muurahaisista ja niiden viruksia muista ötököistä. Muurahaiset ovat runsaslukuisia sekä laji- että yksilömäärältään, ja voivat toimia virusvarantona haitaten toisten hyönteisten selviytymistä.

Juuri julkaistussa tutkimuksessamme¹ selvitimme virusdiversiteettiä, runsautta ja tartunnanaiheuttamiskykyä kolmella muurahaislajilla: argentiinanmuurahaisella (Linepithema humile), invasiivisella pihamauriaisella (Lasius neglectus) ja siloviholaisella (Myrmica rubra). Jokaisesta lajista kartoitimme kolmesta eri Etelä-Euroopan populaatiosta löytyvät RNA-virukset ja niiden runsauden, sekä selvitimme, mitkä virukset aktivoivat muurahaisten immuunipuolustuksen. Puolustusmekanismeista keskityimme RNA-interferenssiin, joka perustuu siihen, etteivät aitotumalliset eliöt itse tuota kaksijuosteista RNA:ta soluissaan. Sen sijaan RNA-viruksia esiintyy sekä kaksi- että yksijuosteisina, ja jälkimmäiset tuottavat kaksijuosteista RNA:ta elinkiertonsa aikana. Isännän RNA-interferenssimekanismi tunnistaa kaksijuosteista RNA:ta ja valjastaa sen virustorjuntaan.

Tutkimuksessamme löysimme 41 tieteelle täysin uutta ja 18 jo aiemmin hyönteisistä tavattua viruslajia. Näistä yhteensä 59 viruksesta yli puolet (63 %) aktivoi muurahaisten immuunipuolustuksen. Loput 37 % olivat viruksia, jotka eivät replikoidu isännässään, vaan ovat joutuneet sen elimistöön esimerkiksi ruuan mukana. Aktiivisista viruksista lähes kaikki olivat aiemmin ainoastaan muurahaisilla tavattuja, mutta yksi virus,argentiinanmuurhaisesta löytynyt Kashmir bee virus (KBV), on alun perin löydetty tarhamehiläisestä (Apis mellifera). Sama havainto on tehty aiemmin useammastakin tarhamehiläisen viruksesta: Uudessa-Seelannissa argentiinanmuurahaisissa oli enemmän tarhamehiläisten viruksia, mikäli niiden koloniat sijaitsivat mehiläistarhojen läheisyydessä. Mehiläisten viruksia voisikin potentiaalisesti hyödyntää tämän invasiivisen muurahaislajin hävittämisessä.

Tutkitut muurahaislajit jakoivat ainoastaan yhden yhteisen viruslajin osoittaen, että niiden virukset ovat pääosin lajispesifisiä. Argentiinanmuurahaiselta löytyi runsaasti samoja viruksia lajin eri populaatioista, kun taas siloviholaisen eri populaatiot kantoivat pääosin niille uniikkeja viruksia. Virukset eivät siis leviä helposti myöskään populaatioiden välillä, ellei kyseessä ole argentiinanmuurahaisen tyyppinen invasiivinen laji. Tämä muodostaa jättimäisiä yhteiskuntia, jotka ovat levittäytyneet tuhansien kilometrien laajuudelle, mikä voisi selittää virusten leviämisen helposti yhteiskunnan sisällä.

Tutkimuksissamme aiomme seuraavaksi selvittää viruskirjoa laajasta, yli 130 lajia käsittävästä muurahaisaineistosta. Erityisenä mielenkiinnonkohteena on, miten virusdiversiteetti on yhteydessä siihen millaisessa ympäristössä muurahaislaji elää, esimerkiksi maassa verrattuna puussa. Selvitämme myös, miten muurahaisten yhteiskuntarakenne vaikuttaa virusten kirjoon ja runsauteen, sekä missä määrin muista hyönteisistä jo löydettyjä viruksia esiintyy muurahaisissa.

Kirjoittaja Lumi Viljakainen

Viitteet:

¹ Viljakainen L, Fürst MA, Grasse AV, Jurvansuu J, Oh J, Tolonen L, Eder T, Rattei T, Cremer S. 2023. Antiviral immune response reveals host-specific virus infections in natural ant populations. Frontiers in Microbiology, 14. DOI=10.3389/fmicb.2023.1119002