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Die Immunität spielt eine zentrale Rolle bei der physiologischen Regulation von Organismen und fungiert als primäre Abwehr gegen eine Vielzahl von Krankheitserregern und Umweltstressoren1. Wie andere Wirbeltiere verfügen auch Fische über ein komplexes, dynamisches und koordiniertes Immunsystem, das für ihre allgemeine Gesundheit und ihr Wohlbefinden unerlässlich ist1.
Teleostfische verfügen sowohl über ein angeborenes als auch über ein adaptives Immunsystem, das gleichzeitig schädliche Eindringlinge erkennt, darauf reagiert und sie neutralisiert2. Das angeborene Immunsystem fungiert als erste Verteidigungslinie und reagiert sofort und unspezifisch auf Krankheitserreger2, während sich das adaptive Immunsystem im Laufe der Zeit entwickelt und eine spezialisiertere Reaktion bietet, die es den Fischen ermöglicht, spezifische Krankheitserreger zu erkennen und ein immunologisches Gedächtnis aufzubauen3. Das Immunsystem von Fischen stützt sich auf spezialisierte primäre lymphatische Organe (d. h. Thymus und Kopfniere) und sekundäre lymphatische Organe (z. B. Milz und Mukosa-assoziiertes lymphatisches Gewebe (MALT)), um die Immunabwehr zu unterstützen und die allgemeine Gesundheit zu erhalten4. Die Kopfniere ist das primäre hämatopoetische Organ bei Teleostfischen und spielt eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung und Reifung von Immunzellen, einschließlich Leukozyten5.
In den letzten Jahren wurden erhebliche Fortschritte bei der Untersuchung der Immunantworten mehrerer Fischartenerzielt 2. Ein Schwerpunkt lag dabei auf dem Verständnis von Leukozytenpopulationen und ihrer Aktivität. Leukozyten, auch weiße Blutkörperchen genannt, werden im Allgemeinen in Monozyten, Lymphozyten und Granulozyten eingeteilt und spielen eine entscheidende Rolle bei der Immunabwehr von Fischen. Sie verfügen über phagozytische Zellen, die für das Verschlingen und Zerstören von Krankheitserregern verantwortlich sind und bakterizide reaktive Sauerstoffspezies freisetzen, die zur Eliminierung eindringender Mikroorganismen beitragen6. Leukozyten sind ebenfalls am Entzündungsprozess beteiligt und tragen dazu bei, Infektionen zu isolieren und auszurotten und gleichzeitig die Gewebereparatur zu fördern6. Die Häufigkeit und Aktivität von Leukozytenpopulationen sind wichtige Indikatoren für den Immunstatus bei Tiergesundheit und -krankheit 7,8.
Einige Studien haben gezeigt, dass Stressfaktoren, wie z. B. ungünstige Umweltbedingungen, die Anzahl und Morphologie der Erythrozyten und die Zusammensetzung der zirkulierenden Leukozyten verändern können 9,10. Wie von Franke et al. (2024) überprüft, ist es beispielsweise von entscheidender Bedeutung, das Immunsystem von Fischen in Szenarien des Klimawandels zu untersuchen, da Umweltstressoren die Immunität der Fische beeinträchtigen, die Krankheitsanfälligkeit erhöhen und die Infektiosität bestimmter Krankheitserreger erhöhen können, was letztendlich das Fortschreiten der Krankheit beschleunigt11. Darüber hinaus ist das Verständnis der Immunität von Fischen nicht nur für die Förderung der biologischen Grundlagenforschung, sondern auch für die Unterstützung verschiedener Bereiche der Gesellschaft, wie z. B. der Aquakulturindustrie, von entscheidender Bedeutung. Da die Aquakultur weltweit weiter expandiert, wird die Gewährleistung der Gesundheit und des Wohlergehens von Zuchtfischarten immer wichtiger. Dennoch ist das Wohlergehen von Fischen nach wie vor ein relativ neues Forschungsgebiet, und die Immunreaktionen von Zuchtfischen erfordern immer noch gründliche und standardisierte Bewertungen. Die Priorisierung von Immunantwortstudien ist von größter Bedeutung, da die gewonnenen Informationen die Nachhaltigkeit und Produktivität der Aquakultur durch effektive und maßgeschneiderte Ansätze verbessern können, die das Wohlergehen und die Widerstandsfähigkeit von Nutztieren verbessern.
Die Quantifizierung und Identifizierung von Leukozyten erfolgt in der Regel mit hämatologischen Methoden, wie z. B. der manuellen Zählung mit Bürker-, Neubauer- oder Thoma-Hämozytometern sowie mit gefärbten Blutausstrichen 7,10. Um die Visualisierung und Differenzierung von Blutzellen zu unterstützen, werden häufig Färbekits wie Wright, May-Grünwald-Giemsa und Hemacolor eingesetzt 7,12. Diese manuellen Zellzähltechniken sind jedoch mühsam, zeitaufwändig und anfällig für menschliche Fehler 8,10. Häufige Fehlerquellen sind unzureichendes Mischen oder Verdünnen des Blutes, Färbeprobleme und eine falsche Beladung der Hämozytometerkammer, die alle zu ungenauen Zellzählungen führen können12. Darüber hinaus erfordert die manuelle hämatologische Analyse ein hohes Maß an Fachwissen und Erfahrung, um die Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit der Ergebnisse zu gewährleisten7. Da die Nachfrage nach präzisen und effizienten Diagnosewerkzeugen steigt, wird die Entwicklung innovativer Methoden, die ein tiefgreifendes Verständnis des Immunstatus von Fischpopulationen ermöglichen, zu einem immer wichtigeren Schritt, um dieses Gebiet voranzubringen.
Die Durchflusszytometrie hat sich in diesem Zusammenhang als leistungsstarkes Werkzeug erwiesen und bietet einen quantitativen Ansatz mit hohem Durchsatz zur Analyse von Leukozytenpopulationen und der Zellviabilität8. Diese moderne Diagnosetechnologie ermöglicht den schnellen Nachweis, die Zählung und die Charakterisierung einzelner Zellen in gemischten Populationen mit bemerkenswerter Präzision13. Darüber hinaus ermöglicht die Durchflusszytometrie simultane multiparametrische Messungen sowohl zur phänotypischen als auch zur funktionellen Charakterisierung. Obwohl seine Anwendung im klinischen Umfeld am Menschen und in der Veterinärmedizin weit verbreitet ist, bleibt seine Anwendung bei der Untersuchung von Fischleukozyten sehr begrenzt8. Obwohl einige Forschungsarbeiten an verschiedenen Fischarten durchgeführt wurden 1,6,8,13,14,15,16,17, müssen noch einige kritische Herausforderungen angegangen werden. Eine große Herausforderung bei diesen Analysen ist die Notwendigkeit, Suspensionen von lebenden Leukozyten zu erhalten, die aus peripherem Blut oder lymphatischen Geweben, wie z.B. der Kopfniere, extrahiertwurden 1. Die Isolierung von Leukozyten ist oft schwierig, da es ein einzigartiges Merkmal von Teleostfischen gibt: das Vorhandensein von kernhaltigen Erythrozyten. Die unbeabsichtigte Kontamination mit Erythrozyten kann die Leukozytenanalyse aufgrund ihrer Größe, ihrer eiförmigen Form und des Vorhandenseins eines Zellkerns beeinträchtigen1. Es ist daher zwingend erforderlich, Erythrozyten aus Leukozytensuspensionen zu eliminieren, um eine hohe Leukozytenreinheit zu erreichen und die phänotypischen und funktionellen Eigenschaften von Leukozyten durch durchflusszytometrische Analyse zu untersuchen. Bei Säugetieren beinhaltet die Leukozytenisolierung typischerweise eine osmotische Lyse von Erythrozyten oder eine Trennung durch Dichtegradient mit Ficoll oder Percoll1. Die osmotische Lyse ist jedoch sowohl bei Meer- als auch bei Süßwasserfischen unwirksam, da ihre kernhaltigen Erythrozyten nicht richtig lysiert werden können1. Stattdessen wird die Trennung durch Dichtegradienten bei Fischen bevorzugt, da sie die Zellstabilität über die Zeit effektiv bewahrt1. Obwohl es in einigen Studien gelungen ist, Leukozyten aus Jungfischen zu isolieren, konzentriert sich ein Großteil der Forschung immer noch hauptsächlich auf erwachsene Populationen17. Nichtsdestotrotz sind die frühen Lebensstadien nicht nur anfälliger für Krankheitsausbrüche, sondern auch kleiner, was den Probenahmeprozess komplexer und herausfordernder macht. Eine weitere Einschränkung besteht darin, dass die derzeitigen Methoden oft auf eine begrenzte Anzahl von Proben oder Replikaten gleichzeitig beschränkt sind, da die Bewertung der Lebensfähigkeit von Leukozyten eine sofortige Verarbeitung erfordert. Verzögerungen bei der Probenverarbeitung können sich negativ auf die Lebensfähigkeit der Zellen auswirken, wodurch weitere Komplikationen in den Probenahmeprozess eingeführt werden und möglicherweise die gesamte Arbeit gefährdet wird.
Nach unserem Kenntnisstand ist es bei keiner der veröffentlichten Methoden gelungen, Leukozytenzellen für eine anschließende Viabilitätsanalyse mittels Durchflusszytometrie zu fixieren. Die vorliegende Studie ist wegweisend, da sie eine effiziente Methode zur Isolierung von Leukozyten aus der Kopfniere von juvenilen Goldbrassen (Sparus aurata), der wichtigsten Fischart in südeuropäischen Ländern, unter Verwendung einer Percoll-Dichtegradienten-Trennungsmethode etabliert. Wir stellen auch eine verbesserte färbebasierte Technik vor, die lebende von toten Zellen unterscheidet und gleichzeitig die wichtigsten Leukozytenpopulationen (Lymphozyten, Monozyten und Granulozyten) durch Durchflusszytometrie identifiziert. Das verbesserte Protokoll beinhaltet eine Zellfixierung, die eine Analyse lebensfähiger Zellen bis zu 1 Monat nach dem Eingriff ermöglicht. Die Implementierung dieses Durchflusszytometrie-Protokolls hat das Potenzial, den Zeit- und Arbeitsaufwand, der normalerweise für Immunbewertungen erforderlich ist, erheblich zu reduzieren, was es zu einer wertvollen Technik sowohl für die Forschung als auch für praktischere Anwendungen im Aquakultursektor macht. Die Anwendung dieser Methodik bietet Vorteile für die Analyse einer großen Anzahl von Proben, die Konservierung der Zellen und die Ermöglichung einer verzögerten Analyse durch Durchflusszytometrie. Daher könnte es sehr hilfreich sein, wertvolle Einblicke in die Immunmechanismen von Fischen zu gewinnen und zu erfahren, wie die Lebensfähigkeit von Zellen durch verschiedene Umwelt- oder Versuchsbedingungen beeinflusst wird. Darüber hinaus kann dieser Viabilitätsassay in die multiparametrische phänotypische und funktionelle Charakterisierung spezifischer Immunzellpopulationen integriert werden. Dieser Ansatz ermöglicht eine umfassendere Analyse mehrerer immunologischer Parameter, die direkt mit den entsprechenden Zelltypen verknüpft und ein klareres Verständnis der Immunantworten ermöglicht wird. Diese Erkenntnisse könnten zur Entwicklung wirksamerer Strategien beitragen, einschließlich verbesserter Ansätze für das Krankheitsmanagement in Aquakulturen.