Учёные создали первые стабильные линии клеток коралла
Исследователи из Японии создали устойчивые клеточные линии коралла, согласно исследованию, опубликованному в Marine Biotechnology. Учёные сообщили, что семь из восьми культур клеток, полученных из каменистого коралла Acropora tenuis, непрерывно размножались более 10 месяцев.
«Создание стабильных клеточных линий для морских организмов, особенно кораллов, в прошлом было очень трудной задачей», — сказал профессор Сато, старший автор исследования и руководитель подразделения морской геномики в Окинавском институте науки и технологий (OIST). — «Этот успех может стать поворотным моментом для более глубокого понимания биологии этих жизненно важных животных».
Acropora tenuis относится к семейству Acroporidae — наиболее распространённому типу кораллов в тропических и субтропических рифах. Эти каменистые кораллы быстро растут и поэтому играют решающую роль в формировании структуры коралловых рифов.
Однако кораллы Acroporidae особенно чувствительны к изменениям условий в океане и часто подвергаются обесцвечиванию при повышении температуры или закислении вод. Создание знаний об основах биологии этих кораллов с помощью клеточных линий в будущем может помочь защитить их от изменения климата.
Создание культур
В исследовании профессор Сато тесно сотрудничал с профессором Кадзу Кавамурой из Университета Коти, экспертом по разработке и поддержанию клеточных культур морских организмов.
Поскольку взрослые кораллы содержат множество микроскопических морских организмов, группа решила попытаться создать клеточные линии из личинок коралла, чтобы снизить вероятность перекрёстного загрязнения. Ещё одним преимуществом использования клеток личинок было то, что они делятся легче, чем клетки взрослых особей.
Исследователи использовали образцы кораллов в лаборатории, чтобы выделить яйцеклетки и сперматозоиды и оплодотворить яйца. После развития личинок коралла их разделили на отдельные клетки и выращивали в чашках Петри.
Первоначально попытки культивирования заканчивались неудачей. «Появлялись маленькие пузырьковые тела, которые затем занимали большую часть чашки Петри», — сказал профессор Кадзу Кавамура. — «Позже мы выяснили, что это были фрагменты умирающих клеток каменистого коралла».
На второй год группа обнаружила, что добавление протеазы плазмина в питательную среду в начале культивирования может остановить гибель клеток каменистого коралла и поддерживать их рост. Через две-три недели клетки личинок развились в восемь типов клеток, различающихся по цвету, форме и активности генов. Семь из восьми продолжали бесконечно делиться, образуя новые клетки коралла.
Изучение симбиоза, важного для выживания коралла
Одним из самых захватывающих достижений этого исследования стало то, что некоторые клеточные линии были похожи по форме и активности генов на энтодермальные клетки. Энтодерма — это внутренний слой клеток, формирующийся примерно через день после оплодотворения яиц коралла.
Важно, что именно клетки энтодермы инкорпорируют симбиотические водоросли, которые фотосинтезируют и обеспечивают коралл питательными веществами.
«На данный момент самая насущная потребность в биологии кораллов — понять взаимодействие между коралловым животным и его фотосинтезирующим симбионтом на клеточном уровне, а также то, как эти отношения разрушаются под воздействием стресса, приводя к обесцвечиванию и гибели коралла», — сказал профессор Дэвид Миллер, ведущий биолог по кораллам из Университета Джеймса Кука (Австралия), не участвовавший в исследовании. — «При условии подтверждения, что эти культивируемые клетки представляют собой коралловую энтодерму, станут возможными детальные молекулярные анализы взаимодействия коралла и фотосимбионта — и это может привести к реальному прогрессу в понимании и, возможно, предотвращении обесцвечивания кораллов».
Интерес профессора Сато заключается в том, как клетки фотосинтезирующих симбиотических водорослей, которые почти такого же размера, как клетки личинок, изначально проникают в коралл. «Водоросли инкорпорируются в клетки коралла примерно через неделю после развития личинок, — сказал профессор Сато. — Но до сих пор никто не наблюдал этого эндосимбиотического события на уровне одной клетки».
Новая эра для исследований клеток коралла
Учёные также обнаружили, что клеточные линии коралла оставались жизнеспособными после замораживания жидким азотом и последующего оттаивания. «Это крайне важно для возможности успешной поставки клеточных линий коралла в исследовательские лаборатории по всему миру», — сказал профессор Сато.
Последствия для будущих исследований с использованием этих клеточных линий далеко идущие: от изучения того, как отдельные клетки коралла реагируют на загрязнение или более высокие температуры, до исследования того, как кораллы производят карбонат кальция, из которого строится их скелет.
Исследования также могут дать дальнейшее представление о том, как развиваются кораллы, что может улучшить нашу способность к их разведению.
В будущих исследованиях команда надеется создать клональные клеточные линии, то есть такие, в которых каждая клетка в культуре генетически идентична.
«Это даст нам гораздо более чёткое представление о том, какие именно типы клеток коралла мы выращиваем, например, клетки, похожие на кишечные, или клетки, похожие на нервные, посредством анализа того, какие гены включены и выключены в клетках», — сказал профессор Сато.