Как и у людей, у коралловых рифов есть процесс заживления. Исследователи пытаются его понять

Коралловые рифы — основа многих водных экосистем — являются одними из самых уязвимых обитателей океана. Хотя естественные процессы, такие как хищничество животных и штормы, часто повреждают кораллы, воздействие человека, такое как столкновения судов и глобальное потепление, может дестабилизировать эти среды сверх их способности к восстановлению.

Чтобы помочь их восстановлению, Настасья Левински, доктор философии, доцент кафедры химического и биологического инженерии в Инженерном колледже Университета Содружества Вирджинии, в числе исследователей, работающих над пониманием того, как заживают кораллы. Они также ищут партнерства, которые могут поддержать сохранение кораллов, применяя эти исследования в отраслевой практике и финансируя дальнейшие изыскания.

Понимание процесса заживления

Идеальная температура воды для кораллов — 25°C, поэтому исследования проводятся при этой отметке, а также при повышенных условиях — 28°C–31°C, что соответствует прогнозируемым температурам воды под влиянием глобального потепления. Последовательная визуализация закрытия раны на коралле в этих условиях позволяет понять скорость закрытия во время заживления.

Подобно людям, у кораллов документированы те же четыре стадии процесса заживления:

1. Коагуляция для закрытия места повреждения.
2. Инфильтрация иммунными клетками для защиты от инфекции.
3. Миграция и пролиферация клеток.
4. Ремоделирование рубца.

Математическое моделирование и клеточный уровень

Эти наблюдения легли в основу математической клеточной модели заживления ран, разработанной коллегами Левински из VCU.

Для сбора данных о клеточной динамике процесса заживления используется флуоресцентное мечение для маркировки конкретных клеток, чтобы наблюдать за их попаданием в область раны. Поскольку кораллы обладают естественной флуоресценцией, выбор флуоресцентных меток должен это учитывать.

В эксперименте также учитываются пищевые переменные. Кораллы получают энергию как от потребления мелких организмов, так и от симбиотических отношений с колониями водорослей. Изменение питательного баланса в лаборатории имитирует участие коралла в пищевой сети, где доступность жизненно важных питательных веществ может влиять на заживление.

Нанотехнологии для лечения

Кульминацией этого исследования является разработка системы доставки лекарств с использованием наночастиц, предназначенной для отправки молекул для ускорения заживления ран. Левински предполагает, что система доставки будет способствовать состоянию сжигания энергии внутри кораллов, что может привести к усиленному заживлению. Это один из немногих примеров использования нанотехнологий для защиты коралловых рифов, обсуждаемых в недавно опубликованном комментарии Левински и коллег в Nature Nanotechnology.

Конечная цель — создание центра, посвященного разработке новых технологий для кораллов, и поиск партнеров для перевода результатов исследований в практику, что поможет сохранить коралловые рифы и жизненно важные ресурсы, которые они предоставляют.