Name: Un système de micro-dispositifs intégré pour la croissance et la surveillance des coraux (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-07-21T14:50:00.000+00:00
Duration: 5 min 58 s
Description: Découvrez un système de micro-dispositifs modulaire pour la culture et la surveillance des coraux en milieu contrôlé. Cette méthode offre une précision supérieure et une étanchéité microbienne optimale pour la recherche marine.

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Cette étude a été financée par les programmes clés de développement de l’État pour la recherche fondamentale de Chine (2021YFC3100502).

Les coraux utilisés pour la présente étude étaient des Seriatopora caliendrum, qui sont cultivés dans notre laboratoire. Tous les coraux ont été aimablement fournis par l’Institut océanographique de la mer de Chine méridionale de l’Université de l’Académie chinoise des sciences.
1. Inspection et mise en service
REMARQUE : Chaque module doit être testé individuellement pour l’étanchéité et le fonctionnement avant d’assembler le système. De l’eau déminéralisée doit être utilisée pour tester l’étanchéité du module. Les détails commerciaux de tous les composants du module sont fournis dans le tableau des matériaux.
<ol><li>Test d’étanchéité de la connexion inter-modules<ol><li>Connectez tous les modules et les pompes (Figure 1) et assurez-vous que l’eau s’écoule circulairement sur le système pendant au moins 30 minutes.</li>
		<li>Vérifiez toutes les coutures pour d’éventuels problèmes de fuite. Si une fuite se produit dans l’un des joints de liaison, appliquez de la colle de collage de l’extérieur. Si une fuite se produit dans l’un des joints de raccordement, serrez à nouveau le raccord et vérifiez si le joint d’étanchéité doit être changé.</li>
	</ol></li>
	<li>Chargement<ol><li>Après le test d’étanchéité, évacuez et séchez l’eau à l’intérieur.</li>
		<li>Chargez le contenu approprié. REMARQUE : Par exemple, le substrat de culture bactérienne est chargé dans le module de purification microbienne et l’algue Chaetomorpha est chargée dans le module de purification des algues.</li>
	</ol></li>
	<li>Assemblage et test de l’ensemble du système<ol><li>Après le chargement, fixez les modules sur la plinthe à l’aide des vis.</li>
		<li>Connectez les modules de circulation interne avec ceux de circulation externe (sans le module de culture de corail).</li>
		<li>Pour la perfusion d’eau de mer, injectez l’eau de mer par l’entrée d’eau du module de stockage d’eau de mer. Lorsque le niveau d’eau est supérieur de 3 cm aux entrées d’eau des pompes, allumez les pompes et continuez l’injection d’eau de mer jusqu’à ce que les modules de circulation internes soient remplis d’eau de mer, avec de la place pour l’air (3 cm de hauteur) dans le module de stockage d’eau de mer. REMARQUE : L’eau de mer est préparée à l’aide d’eau pure et de sel de mer (voir le tableau des matériaux).</li>
	</ol></li>
	<li>Test du système<ol><li>Allumez tous les interrupteurs et réglez les tensions de la pompe à eau de mer sur 9 V. Réglez la température de l’eau sur 25 °C.</li>
		<li>Réglez la minuterie de cycle sur « 1 minute de marche et 1 minute d’arrêt ». Réglez les trois canaux de la minuterie à trois canaux sur « 9h00 on » et « 5 :00 pm off ».</li>
		<li>Surveillez le système pendant au moins 24 h pour détecter tout dysfonctionnement. Si aucun problème n’est détecté, le système est prêt pour l’étape suivante de l’opération. REMARQUE : Il est important d’éliminer toutes les bulles dans tous les modules, à l’exception du module de stockage d’eau de mer. L’ensemble du système peut être légèrement soulevé et secoué pour déplacer les bulles de l’entrée du module vers la sortie.</li>
	</ol></li>
</ol>2. Mise en place de l’environnement microbien
REMARQUE : L’établissement d’un environnement microbien favorable aux coraux est nécessaire avant la transplantation de coraux. Afin de cultiver des micro-organismes dans le système, en particulier dans le module de purification microbienne, la solution probiotique diluée doit être ajoutée comme source microbienne pour le système de nitrification.
<ol><li>Ajout de la source du microbiome<ol><li>Ajouter 1 mL de la solution de source de microbiome commerciale (voir le tableau des matériaux) dans 500 mL d’eau de mer en agitant.</li>
		<li>Injecter 50 mL de la solution diluée ci-dessus et 10 μL de la solution commerciale de nutrition des coraux (voir le tableau des matériaux) dans le système de circulation.</li>
	</ol></li>
	<li>Culture du microbiome<ol><li>Allumez la pompe de circulation interne et une pompe à air pour cultiver le microbiome pendant 21 jours. Les besoins en oxygène du microbiome déterminent les proportions de temps de marche et de temps d’arrêt de la pompe à air. REMARQUE : Cette étape vise à cultiver le microbiome de purification de l’eau de mer et à favoriser la croissance du microbiome bénéfique pour les coraux dans le système. Dans ce processus, l’eau de mer commence à devenir boueuse du deuxième au quatrième jour après l’injection du microbiome. Après ce processus de culture du microbiome, la capacité de dégradation des nutriments dans le système doit être établie. Il convient de noter que pour répondre à différentes exigences expérimentales, différentes sources de microbiome peuvent être utilisées pour établir l’environnement du microbiome.</li>
	</ol></li>
</ol>3. Transplantation et croissance des coraux
<ol><li>Transplantation de coraux<ol><li>Coupez les branches de corail brut avec des échelles de longueur de 3 à 5 cm, puis collez ces branches de corail sur des bases de support de corail imprimées en 3D (fichier de codage supplémentaire 1).</li>
		<li>Remettez ces échantillons de branches de corail dans le réservoir d’eau de mer d’origine pendant au moins 7 jours pour les récupérer.</li>
		<li>Fixez la base de support corail sur l’unité de rotation avec de la colle. Assemblez le module de culture de coraux et connectez-le à la boucle de circulation extérieure.</li>
	</ol></li>
	<li>Imagerie de la croissance des coraux REMARQUE : Les images de coraux au fil du temps doivent être acquises pour évaluer la croissance du corail. L’utilisation d’une connexion démontable permet de retirer facilement le module de culture de coraux de l’ensemble du système pour l’imagerie. À cette fin, un mini-studio photo avec des conditions d’éclairage appropriées est construit. Un appareil photo avec un objectif macro (voir le tableau des matériaux) est utilisé pour capturer les morphologies de surface des coraux à différentes périodes. L’unité de rotation des coraux dans le module de culture peut être utilisée à l’extérieur du module en utilisant le mode sans contact. En tournant la poignée magnétique adjacente au module, il est possible de capturer des images de corail en plein angle.<ol><li>Placez l’appareil photo sur le dessus du studio et capturez les images à partir d’une vue verticale.</li>
		<li>Placez le module de culture de corail dans le mini-studio photo avec le corail positionné au centre et en bas.</li>
		<li>Capturez les images de corail en faisant pivoter la poignée extérieure. REMARQUE : Pour des raisons de survie des coraux, la période de temps d’imagerie doit être limitée à 15 minutes.</li>
	</ol></li>
</ol>4. Maintenance de routine du système
REMARQUE : L’entretien de routine comprend l’inspection des fuites, l’inspection des dysfonctionnements, l’ajout d’additifs et l’échange d’eau de mer.
<ol><li>Inspection des fuites<ol><li>Inspectez la plinthe pour voir s’il y a des taches d’eau ou des gouttelettes. Comme la coque du couvercle du système est transparente, l’inspection visuelle des fuites d’eau est facile et pratique. Cette inspection doit être effectuée tous les jours.</li>
	</ol></li>
	<li>Inspection des dysfonctionnements<ol><li>Assurez-vous que cette étape comprend l’inspection de la température de l’eau, des pompes, des tensions lumineuses, de l’état de la pompe à air et de l’état de la minuterie, y compris la vérification visuelle et l’enregistrement de la température de l’eau réglée, de la température en temps réel, des tensions de sortie du transformateur, des réglages de la lampe UV et de l’état de fonctionnement de la minuterie. Cette inspection doit être effectuée tous les jours. REMARQUE : Certains dysfonctionnements du système peuvent être diagnostiqués sur la base de sons anormaux ou de températures inhabituelles.</li>
	</ol></li>
	<li>Ajout d’additifs REMARQUE : L’ajout d’additifs est le processus d’ajout de nutriments et d’autres réactifs dans le système.<ol><li>Par exemple, extrayez 10 mL d’eau de mer à l’aide d’une seringue de la valve à trois voies entre le module de charbon actif et le module d’eau de mer.</li>
		<li>Dissoudre les additifs dans l’eau de mer extraite.</li>
		<li>Réinjectez la solution dans le système par la vanne à trois voies. Dans les cas réels, les types, les quantités et les fréquences d’ajout des additifs sont déterminés par la qualité de l’eau de mer du système, en tenant compte des exigences expérimentales.</li>
	</ol></li>
	<li>Échange d’eau REMARQUE : L’échange régulier d’eau peut réduire la concentration toxique et l’eutrophisation dans le système de culture. Si les conditions expérimentales le permettent, l’échange de l’eau de mer peut être une opération de routine.<ol><li>Coupez l’alimentation de l’ensemble du système et débranchez le câble d’alimentation pour des raisons de sécurité.</li>
		<li>Retirez le module de culture de coraux.</li>
		<li>Connectez la canalisation d’eaux usées extérieure à la sortie du module de stockage d’eau de mer.</li>
		<li>Faites pivoter le système et placez-le à l’avant vers le bas.</li>
		<li>Allumez la prise. Laissez l’eau de mer intérieure s’écouler hors du système. REMARQUE : N’utilisez aucune pompe pour aspirer l’eau car la pression négative à l’intérieur peut endommager le système.</li>
		<li>Déchargez une quantité appropriée d’eau de mer et fermez la sortie. La quantité d’eau de mer rejetée est déterminée par l’état physiologique des coraux.</li>
		<li>Réinitialisez le système et injectez l’eau de mer nouvellement préparée dans le système par l’entrée d’eau.</li>
		<li>Réinstallez le module de culture de coraux dans le système.</li>
		<li>Mettez le système sous tension et attendez que l’ensemble du système revienne à la normale.</li>
	</ol></li>
</ol>5. Remplacement du module
REMARQUE : Si un module doit être remplacé en raison d’un dysfonctionnement ou conformément à la disposition expérimentale, il est important de changer le module sans suspendre ou affecter négativement l’expérience de culture.
<ol><li>Pour le module de stockage d’eau de mer, le module de purification d’algues, le module de purification microbienne ou le module de purification de charbon actif, éteignez la pompe de circulation interne et desserrez les vis de fixation du module.</li>
	<li>Déconnectez les canalisations entre les deux modules joints et démontez le module à remplacer du système. La dernière étape consiste à assembler le nouveau module dans le système en connectant les canalisations et en resserrant les vis de fixation. REMARQUE : Le remplacement du module de contrôle de la température est en quelque sorte différent. Tout d’abord, tous les fils doivent être déconnectés du module. Les boulons de fixation sont ensuite dévissés et les canalisations sont déconnectées. Ensuite, le panneau chauffant est démonté et le module est démonté du système. Le processus d’installation du module de contrôle de la température est le processus inverse.</li>
</ol>6. Arrêt du système et restauration du système à son état initial
REMARQUE : Le système sera éventuellement arrêté après l’expérience de culture de corail nécessaire. Le système doit être restauré dans son état d’origine.
<ol><li>Arrêt du système<ol><li>Coupez l’alimentation du système et débranchez le câble d’alimentation.</li>
		<li>Évacuez l’eau de mer à l’intérieur du système.</li>
		<li>Démontez les modules dans l’ordre suivant : le module de culture de corail, le module de purification au charbon actif, le module de stockage d’eau de mer, le module de purification des algues, le module de purification microbienne, la lampe UV, les deux pompes de circulation et le module de contrôle de la température.</li>
	</ol></li>
	<li>Restauration du système<ol><li>Nettoyez tous les modules avec de l’eau pure et des tensioactifs (voir le tableau des matériaux).</li>
		<li>Stérilisez les modules avec une solution de peroxyde d’hydrogène à 3 %. REMARQUE : N’utilisez aucun solvant organique pour laver les modules.</li>
		<li>Séchez les modules à 40 °C pendant 12 h. Assurez-vous que toute l’eau à l’intérieur du système est évaporée.</li>
		<li>Nettoyez toutes les canalisations et vannes en utilisant les mêmes tensioactifs.</li>
	</ol></li>
</ol>7. Modification pour l’environnement contrôlé des micro-organismes
REMARQUE : Mis à part l’expérience de culture de corail, pour certaines expériences spéciales, telles que l’acquisition d’un environnement de micro-organismes contrôlé dans le système, l’espèce et l’abondance du microbiome doivent être strictement contrôlées. La caractéristique la plus innovante de notre système de culture corallienne est que l’activité physiologique du corail peut être explorée dans un environnement microbien spécifique dans un micro-écosystème relativement fermé. L’exécution de cette fonction nécessite une procédure d’exploitation différente.
<ol><li>Pré-stérilisation<ol><li>Stérilisez tous les modules, canalisations et vannes à l’aide d’une solution de peroxyde d’hydrogène à 3 % avant d’assembler le système.</li>
		<li>Stériliser le substrat de culture bactérienne à l’aide d’un autoclave.</li>
		<li>Stérilisez les algues Chaetomorpha avec une solution d’éthanol à 75 % et séchez-les à l’aide de papier stérile.</li>
	</ol></li>
	<li>Modification du système et stérilisation<ol><li>Lors de l’assemblage du système, ajoutez un filtre de stérilisation de l’air (voir le tableau des matériaux) entre la pompe à air et le module de stockage d’eau de mer.</li>
		<li>Ajoutez un filtre stérilisant l’eau entre l’entrée et la vanne à trois voies. Cette étape permet de s’assurer que l’air et l’eau injectés dans le système sont stérilisés.</li>
		<li>Introduire de l’ozone dans le système pour éliminer le microbiome restant.</li>
		<li>Lavez trois fois les agents désinfectants restants avec de l’eau de mer stérile et injectez l’eau de mer stérile dans le système.</li>
		<li>Pour l’établissement de l’environnement microbien uniquement, injectez la solution de la source du microbiome par la sortie d’eau. REMARQUE : N’utilisez pas l’entrée d’eau pour injecter la source de microbiome. D’autres réactifs et de l’eau de mer sont toujours injectés par l’entrée d’eau.</li>
	</ol></li>
</ol>

Un système combiné de micro-dispositifs pour favoriser et surveiller la croissance des coraux

<ol><li>Gardner, T. A., Côté, I. M., Gill, J. A., Grant, A., Watkinson, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Long-term+region-wide+declines+in+Caribbean+corals%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Long-term region-wide declines in Caribbean corals.</a> Science. 301 (5635), 958-960 (2003).</li>
<li>Kennedy, E. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Coral+reef+community+changes+in+Karimunjawa+national+park%2C+Indonesia%3A+assessing+the+efficacy+of+management+in+the+face+of+local+and+global+stressors%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Marine+science+and+Engineering%22%5BJournal%5D)">Coral reef community changes in Karimunjawa national park, Indonesia: assessing the efficacy of management in the face of local and global stressors.</a> Journal of Marine science and Engineering. 8 (10), 760-787 (2020).</li>
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<li>Sun, Y. F., Huang, L. T., McCook, L. J., Huang, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Joint+protection+of+a+crucial+reef+ecosystem%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Joint protection of a crucial reef ecosystem.</a> Science. 337 (6611), 1163-1163 (2022).</li>
<li>Huang, D. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Conservation+of+reef+corals+in+the+South+China+Sea+based+on+species+and+evolutionary+diversity%5BTitle%5D)+AND+%22Biodiversity+and+Conservation%22%5BJournal%5D)">Conservation of reef corals in the South China Sea based on species and evolutionary diversity.</a> Biodiversity and Conservation. 25 (2), 331-344 (2016).</li>
<li>Jiang, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impacts+of+elevated+temperature+and+pCO2+on+the+brooded+larvae+of+Pocillopora+damicornis+from+Luhuitou+Reef%2C+China%3A+Evidence+for+local+acclimatization%5BTitle%5D)+AND+%22Coral+Reefs%22%5BJournal%5D)">Impacts of elevated temperature and pCO2 on the brooded larvae of Pocillopora damicornis from Luhuitou Reef, China: Evidence for local acclimatization.</a> Coral Reefs. 39 (2), 331-344 (2020).</li>
<li>Babcock, R. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recurrent+coral+bleaching+in+north-western+Australia+and+associated+declines+in+coral+cover%5BTitle%5D)+AND+%22Marine+and+Freshwater+Research%22%5BJournal%5D)">Recurrent coral bleaching in north-western Australia and associated declines in coral cover.</a> Marine and Freshwater Research. 72 (5), 620-632 (2021).</li>
<li>Sweatman, H., Delean, S., Syms, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessing+loss+of+coral+cover+on+Australia%27s+Great+Barrier+Reef+over+two+decades%2C+with+implications+for+longer-term+trends%5BTitle%5D)+AND+%22Coral+Reefs%22%5BJournal%5D)">Assessing loss of coral cover on Australia's Great Barrier Reef over two decades, with implications for longer-term trends.</a> Coral Reefs. 30 (2), 521-531 (2011).</li>
<li>Elliott, J. A., Patterson, M. R., Staub, C. G., Koonjul, M., Elliott, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Decline+in+coral+cover+and+flattening+of+the+reefs+around+Mauritius+%281998-2010%29%5BTitle%5D)+AND+%22PeerJ%22%5BJournal%5D)">Decline in coral cover and flattening of the reefs around Mauritius (1998-2010).</a> PeerJ. 6, e6014(2018).</li>
<li>Eddy, T. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Global+decline+in+capacity+of+coral+reefs+to+provide+ecosystem+services%5BTitle%5D)+AND+%22One+Earth%22%5BJournal%5D)">Global decline in capacity of coral reefs to provide ecosystem services.</a> One Earth. 4 (9), 1278-1285 (2021).</li>
<li>Jones, G. P., McCormick, M. I., Srinivasan, M., Eagle, J. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Coral+decline+threatens+fish+biodiversity+in+marine+reserves%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Coral decline threatens fish biodiversity in marine reserves.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 101 (21), 8251-8253 (2004).</li>
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</ol>

Les auteurs déclarent qu’il n’y a pas d’intérêts financiers concurrents.

Ce système de culture de coraux est conçu pour simuler et fournir un microenvironnement relativement naturel ou personnalisé dans lequel les coraux peuvent être transplantés et survivre. En même temps, en tant qu’équipement développé par nos soins, ce système doit être fiable, convivial et sûr. Par exemple, en termes de contrôle de la température, la température de l’eau de mer doit être contrôlée de manière appropriée en fonction des circonstances environnementales quotidiennes. Le système a été testé en cultivant le co...

La détérioration des écosystèmes des récifs coralliens s’est produite dans le monde entier au cours des 70 dernières années. Si l’on considère toutes les principales zones coralliennes d’Amérique centrale1, d’Asie du Sud-Est2, 3, 4, 5, 6,d’Australie 7,8 et d’Afrique de l’Est9, la couverture mondiale des récifs coralliens a diminué de moitié depuis les années 195010. Cette perte massive de récifs coralliens a entraîné des problèmes écologiques et économiques. Par exemple, en retraçant la présence/l’absence et l’abondance de toutes sortes de poissons dépendants des coraux pendant 8 ans, les chercheurs ont conclu que le déclin des coraux a directement causé une diminution substantielle de la biodiversité et de l’abondance des poissons en Papouasie-Nouvelle-Guinée11. Ce résultat a prouvé que le déclin des coraux peut non seulement saper les systèmes biologiques basés sur les récifs coralliens, mais aussi réduire les revenus de la pêche.
Au cours de décennies d’études sur le terrain, y compris la surveillance directe, la télédétection et la comparaison des données, la communauté scientifique a identifié plusieurs facteurs à l’origine du déclin massif des coraux. L’une des principales raisons du déclin massif des coraux est le blanchissement des coraux causé par les températures élevées de l’eau de mer12,13. En combinant le blanchissement et les données météorologiques, les scientifiques ont conclu que le blanchissement des coraux se produit plus fréquemment dans les phases El Niño-Oscillation australe14. Une autre raison du déclin des coraux est l’acidification des océans. En raison de l’augmentation de la concentration de CO2 dans l’atmosphère et l’eau de mer, le carbonate de calcium se dissout plus rapidement qu’auparavant, provoquant une calcification nette des récifs coralliens15. En effet, il a été conclu que lorsque la concentration deCO2 dans l’atmosphère atteindra plus de 500 ppm, des dizaines de millions de personnes en souffriront, et les récifs coralliens seront exposés à un risque de détérioration significative et de détachement du symbiodinium16,17. Il existe d’autres facteurs qui peuvent également affecter la survie des coraux, tels que les polluants côtiers qui provoquent ou accélèrent le déclin des coraux. Des chercheurs d’Hawaï ont mesuré les isotopes du carbone, de l’oxygène et de l’azote dans les coraux, ainsi que le carbonate inorganique dissous et les nutriments associés (NH4+, PO4 3-, NO2− et NO3−), et ont conclu que la pollution de la terre amplifiait l’acidification côtière et la bioérosion des coraux18. Outre la pollution, l’urbanisation met également en danger la survie des coraux et entraîne une complexité architecturale relativement faible chez les coraux, comme l’a révélé une étude sur l’état de survie des coraux à Singapour, Jakarta, Hong Kong et Okinawa. Ainsi, l’impact des facteurs de stress anthropiques et les effets superposés du changement climatique entraînent une réduction généralisée de la biodiversité sur les récifs coralliens et un déclin associé de la fonction écologique et de la résilience des coraux19.
Il convient également de noter qu’un grand nombre de micro-organismes participent aux fonctions physiologiques des coraux, notamment la fixation de l’azote, la décomposition de la chitine, la synthèse de composés organiques et l’immunité20, et que ces micro-organismes doivent donc être inclus dans l’examen de la détérioration des récifs coralliens. Dans les environnements naturels, tels que les récifs coralliens, de nombreux facteurs provoquent des conditions hypoxiques ou anoxiques, notamment une circulation insuffisante de l’eau, l’exsudat d’algues et la prolifération d’algues. Ce phénomène affecte négativement la répartition des populations de coraux et de micro-organismes liés aux coraux. Par exemple, des scientifiques vietnamiens ont découvert qu’à Nha Trang, Phu Quoc et Ujung Gelam, la composition bactérienne du corail Acropora Formosa pouvait être affectée par l’oxygène dissous à différents endroits21. Des chercheurs aux États-Unis ont exploré les conditions hypoxiques ou d’anoxie chez les coraux et ont découvert que les exsudats d’algues peuvent médier l’activité microbienne, conduisant à des conditions hypoxiques localisées, ce qui peut entraîner la mortalité des coraux dans le voisinage immédiat. Ils ont également constaté que les coraux pouvaient tolérer des concentrations d’oxygène réduites, mais seulement au-dessus d’un seuil donné déterminé par une combinaison du temps d’exposition et de la concentration en oxygène22. Des chercheurs indiens ont découvert que lorsque les algues Noctiluca scintillans proliféraient, l’oxygène dissous diminuait à 2 mg/L. En dessous de cette concentration, environ 70 % des Acropora montiporacan mouraient en raison de conditions hypoxiques23.
Tous les faits et facteurs mentionnés ci-dessus suggèrent que le changement environnemental entraîne la détérioration des récifs coralliens. Pour cultiver et étudier les coraux récifaux dans certaines conditions, il est important de construire avec précision et de manière exhaustive un environnement microscopique contrôlable pour que les coraux récifaux puissent l’habiter. Normalement, les scientifiques se concentrent sur la température, la lumière, le débit d’eau et les nutriments. Cependant, d’autres caractéristiques, telles que la concentration d’oxygène dissous, l’abondance des micro-organismes et la diversité des micro-organismes dans l’eau de mer, sont généralement ignorées. À cette fin, notre groupe a exploré la possibilité d’appliquer de petits équipements pour cultiver des polypes coralliens dans un environnement relativement contrôlé24,25. Dans ce travail, nous avons conçu et construit un système modulaire de micro-dispositifs pour la culture du corail. Ce système modulaire de micro-dispositifs peut fournir un micro-environnement contrôlable en termes de température, de spectre lumineux, de concentration d’oxygène dissous, de nutriments et de micro-organismes, etc., et a la capacité d’expansion et de mise à niveau.
Modules et fonctions de l’appareil Le système de micro-dispositifs a été inspiré par le système de Berlin26, mais aucune roche vivante n’est utilisée dans le système actuel. Comme le montre la figure 1, le système actuel comprend six modules principaux, deux motopompes sans balais, une pompe à essence, une lampe UV à circulation, une alimentation électrique, certains composants de commande électronique, ainsi que les fils et les vis associés. Les six modules principaux comprennent un module de stockage d’eau de mer (avec une pompe à air et un capteur de température), un module de contrôle de la température, un module de purification des algues, un module de purification microbienne, un module de purification du charbon actif et un module de culture de coraux.
Architecture de l’appareil Comme le montrent les figures 2 et 3, l’ensemble du système de micro-dispositifs peut être divisé horizontalement en deux compartiments avec un module de contrôle de la température entre les deux. Pour des raisons de sécurité, tous les modules et pièces contenant de l’eau de mer sont placés dans le compartiment de gauche, appelé compartiment de culture. Les autres pièces électroniques sont placées dans le compartiment de droite, appelé compartiment électronique. Les deux compartiments sont scellés ou emballés dans des coquilles. Le module de contrôle de la température est fixé dans une plaque de séparation entre les deux. La coque du compartiment de culture comprend une plinthe et trois plaques de fixation à vis. Cette conception assure l’étanchéité du compartiment et facilite le fonctionnement du système. De plus, l’étanchéité favorise un contrôle précis de la température. La coque du compartiment électronique comprend une plinthe, deux plaques de fixation à vis et un panneau de commande avant.
Circulation de l’eau Une boucle de circulation d’eau de mer intérieure et extérieure connectée au module de stockage d’eau de mer a été préconçue. La boucle de circulation interne relie avec succès le module de stockage d’eau de mer, le module de contrôle de la température, la lampe UV à circulation, le module de purification des algues et le module de purification microbienne. Cette boucle de circulation vise à fournir des conditions physico-chimiques et physiologiques d’eau de mer adaptées aux coraux, et aucun entretien fréquent n’est nécessaire. Le module de purification des algues contient des algues Chaetomorpha , qui absorbent les nutriments supplémentaires (nitrate et phosphate) dans l’eau. Le module de purification microbienne contient le substrat de culture bactérienne, qui cultive le microbiome pour transférer les nitrites et l’ammonium en nitrate pour la purification de l’eau. Tous ces modules ne doivent être remplacés que dans des circonstances critiques.
La boucle de circulation extérieure relie successivement le module de stockage d’eau de mer, le module de culture de coraux et le module de charbon actif. Cette boucle de circulation vise à fournir de la lumière, de l’étanchéité, du courant d’eau et une eau de mer de haute qualité aux coraux. L’eau de mer peut être rafraîchie par une entrée d’eau et une sortie d’eau. Les additifs sont ajoutés par une vanne à trois voies, et l’échantillon d’eau de mer peut également être extrait de cette vanne pour inspection. L’air peut être pompé par une entrée d’air et évacué par une sortie d’air.
Conception électronique Une alimentation 220 V AC avec un interrupteur et un fusible est utilisée pour l’ensemble du système. La puissance d’entrée est divisée en quatre branches. La première branche va à une alimentation 12 V CC, qui alimente directement le panneau chauffant, le panneau de refroidissement et le ventilateur de refroidissement. Cette branche alimente également indirectement deux pompes et deux panneaux d’éclairage par l’intermédiaire d’un transformateur CC à quatre canaux. La deuxième branche va à un régulateur de température PID. La troisième branche va à l’alimentation d’une pompe à air. La dernière branche se connecte à une alimentation par lampe UV. Un relais statique relie le régulateur de température PID et le panneau de refroidissement dans le module de contrôle de température. Un relais régulier est utilisé pour connecter le régulateur de température PID et le panneau chauffant. Le transformateur CC à quatre canaux convertit la tension en tension requise.
Il y a deux panneaux de commande sur la partie droite du système. Il y a quatre interrupteurs et un contrôleur pour la lampe UV sur le panneau supérieur, y compris un interrupteur d’alimentation principal, un interrupteur d’alimentation de lampe UV, un interrupteur de pompe à air et un interrupteur de contrôle de la température. L’interrupteur d’alimentation principal contrôle l’alimentation 12 V du système.
Un régulateur de température PID, une minuterie de cycle, un transformateur CC à quatre canaux et une minuterie à trois canaux se trouvent sur le panneau avant. Le régulateur de température PID ajuste la température de l’eau en contrôlant les panneaux de chauffage et de refroidissement dans le module de contrôle de la température. Le module de contrôle de la température ne fonctionne que lorsque la pompe de circulation interne fonctionne et que l’eau s’écoule devant le module de contrôle de la température. La minuterie de cycle est connectée à la ligne d’alimentation de la pompe à air. Son but est d’attribuer la période de temps de travail à la pompe à air. Une minuterie à trois canaux est également déployée dans le compartiment électronique. Cette minuterie contrôle la période de travail de la pompe à air, de la lumière de corail et de la lumière d’algues.

<table><tbody><tr><td>Alimentation 12V DC</td><td>Delixi Electric Co., Ltd.</td><td>CDKU-S150W</td><td>12V12.5A</td></tr><tr><td>3 % solution de peroxyde d’hydrogène</td><td>Shandong ANNJET High tech Disinfection Technology Co., Ltd</td><td>NULL NULL</td><td></td></tr><tr><td>75 % d’éthanol</td><td>solution Shandong ANNJET High tech Disinfection Technology Co., Ltd</td><td>NULL NULL</td><td></td></tr><tr><td>Pompe à air</td><td>Chongyoujia Supply Chain Management Co., Ltd.</td><td>NHY-001</td><td>NULL</td></tr><tr><td>Filtre stérilisant à l’air</td><td>Beijing Capsid Filter Equipment Co., Ltd</td><td>S593CSFTR-0.2H83SH83SN8-A</td><td></td></tr><tr><td>NULL Caméra</td><td>SONY</td><td>&Alpha ; 7r4-ILCE-76M4A</td><td>NULL</td></tr><tr><td>Solution de nutrition des coraux</td><td>Red Sea Aquatics Co., Ltd.</td><td>22101</td><td>Nutrition des coraux</td></tr><tr><td>Pro sel de corail (sel de mer)</td><td>Red Sea Aquatics Co., Ltd.</td><td>R11231</td><td>NULL</td></tr><tr><td>Minuterie de cycle</td><td>Leqing Shangjin Instrument Equipment Co., Ltd.</td><td>CN102A</td><td>Version 220V</td></tr><tr><td>Connecteur rapide à double fermeture</td><td>JOSOT Co., Ltd</td><td>NL4-2103T</td><td>NULL</td></tr><tr><td>Lampe UV à flux continu</td><td>Zhongshan Xinsheng Electronic technology Co., Ltd.</td><td>211</td><td>NULL</td></tr><tr><td>Transformateur à quatre canaux</td><td>Dongguan Shanggushidai Electronic Technology Co., Ltd</td><td>LM2596</td><td>NULL</td></tr><tr><td>Objectif macro</td><td>SONY</td><td>FE 90mm F2.8 Macro G OSS</td><td>NULL</td></tr><tr><td>Solution de source de microbiome</td><td>Guangzhou BIOZYM Microbial Technology Co., Ltd.</td><td>303</td><td>NULL</td></tr><tr><td>Mini-studio photo</td><td>Shaoxing Shangyu Photography Equipment Factory</td><td>CM-45</td><td>NULL</td></tr><tr><td>PID contrôleur de température</td><td>Guangdong Dongqi&nbsp ; Compagnie électrique, Ltée</td><td>TE9-SC18W</td><td>version SSR</td></tr><tr><td>Pompe (pour l’eau)</td><td>Zhongxiang Pump Co., Ltd.</td><td>ZX43D</td><td>version Seaswater</td></tr><tr><td>Machine à eau pure</td><td>Kemflo&nbsp ;( Nanjing) technologie environnementale Co, ltd</td><td>kemflo A600</td><td>NULL</td></tr><tr><td>Relais statique</td><td>Delixi Electric Co., Ltd.</td><td>DD25A</td><td>NULL</td></tr><tr><td>Agents actifs de surface</td><td>Guangzhou Liby Group Co., Ltd.</td><td>Détergent Libai</td><td>NULL</td></tr><tr><td>Minuterie à trois canaux</td><td>Leqing Changhong Intelligent Technology Co., Ltd.</td><td>CHE325-3</td><td>220V version</td></tr><tr><td>Filtre de stérilisation de l’eau</td><td>Beijing Capsid Filter Equipment Co., Ltd</td><td>S593CSFTR-0.2H83SH83SN8-L</td><td>NULL</td></tr></tbody></table>

un système de micro-dispositifs intégré pour la croissance et la surveillance des coraux

An Integrated Micro-Device System for Coral Growth and Monitoring

Les coraux sont des organismes fondamentaux dans les écosystèmes marins et côtiers. Avec l’avancement de la recherche sur la protection des coraux ces dernières années, un contrôle précis de l’environnement de culture des coraux est très demandé pour la conservation et l’étude des coraux. Ici, nous avons développé un système de micro-dispositifs de culture de coraux semi-fermé en tant que plate-forme multifonctionnelle, qui peut fournir un contrôle précis et programmable de la température, un environnement initial stérile, une qualité d’eau stable à long terme, une concentration d’oxygène dissous réglable et un spectre lumineux personnalisé pour les coraux. Grâce à sa conception modulaire, le système de culture du corail peut être mis à niveau ou modifié en installant de nouveaux modules souhaitables ou en supprimant ceux qui existent déjà. À l’heure actuelle, dans des conditions appropriées et avec un entretien adéquat du système, les coraux échantillons peuvent survivre pendant au moins 30 jours dans un état sain. De plus, en raison de l’environnement initial contrôlable et stérile, ce système de culture corallienne peut soutenir la recherche sur la relation symbiotique entre les coraux et les micro-organismes associés. Par conséquent, ce système de micro-dispositifs peut être appliqué pour surveiller et étudier les coraux marins de manière relativement quantitative.

Précision du contrôle de la température La température du système est normalement réglée entre 23 et 28 °C selon les espèces de coraux. Cependant, en tant que l’un des facteurs les plus importants, la fluctuation de la température peut fortement affecter la survie des coraux. Par conséquent, la précision du contrôle de la température est un facteur décisif pour le système de culture du corail. Un capteur de température et un collecteur de données indépendant avec une plage de température de 9 °C à 32 ...

Ce protocole décrit le développement d’un système modulaire de micro-dispositifs contrôlables qui peut être appliqué à la culture et à la surveillance à long terme des coraux marins.

Un système de micro-dispositifs intégré pour la croissance et la surveillance des coraux

Corals are fundamental organisms in marine and coastal ecosystems. With the advancement of coral protection research in recent years, precise control of ...

L’objectif de nos recherches est de développer un système de microenvironnement artificiel pour la culture et l’étude des coraux. Le microenvironnement dans le système de micro-dispositifs peut être contrôlé au moins de manière semi-quantitative. À l’heure actuelle, l’équipement existant et le système utilisé pour la culture du corail manquent d’un contrôle précis de la température et d’autres facteurs environnementaux.De plus, ces systèmes sont ouverts, ce qui les rend sensibles à la contamination par une substance en suspension dans l’air. Notre système de culture de coraux en intérieur bénéficie d’une précision de contrôle et d’une étanchéité microbienne supérieures à celles d’autres systèmes ou réservoirs similaires. De plus, notre système est commercialement rentable.À l’aide de ce système de micro-dispositifs, nous pouvons en quelque sorte personnaliser les paramètres environnementaux tels que la température, la force ou la concentration de métabolites, ce qui rendra l’étude des coraux plus quantitative et pourrait promouvoir la recherche actuelle sur les coraux. Nous aimerions connaître la longévité des coraux dans ce micro-dispositif artificiel. Une autre question importante que nous voulons aborder est de savoir comment le système construit artificiellement affecte le processus de croissance des coraux par rapport à l’environnement naturel.

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Research

Recherche

JoVE Journal

Bioengineering

Bioingénierie

Source : Jian, X. et. al., Culture microbienne automatisée et évolution adaptative à l’aide du système de culture de microgouttelettes microbiennes (MMC). J. Vis. Exp. (2022)Cette vidéo démontre l’utilisation d’une plateforme à base de gouttelettes microfluidiques pour la surveillance en temps réel de la croissance bactérienne. En générant des gouttelettes uniformes contenant des suspensions bactériennes et en les guidant à travers une voie de détection, le système permet une mesure optique...

Surveillance en temps réel de la croissance bactérienne à l’aide d’un système de culture microfluidique de microgouttelettes

Une suite intégrée de techniques d'imagerie a été appliquée pour déterminer polype morphologie et la structure des tissus dans le coraux des Caraïbes Montastraea annularis et M. faveolata. Fluorescence, le visage de bloc série, et à deux photons laser microscopie confocale à balayage ont identifié la structure lobée, murs de polype, et chromatophores estimée et la densité de zooxanthelles et des distributions.

Multimodales méthodes optiques Microscopie Reveal Polyp tissus Morphologie et structure dans Caribbean Reef construction Coraux

Nous avons conçu un appareil de culture en continu destiné à être utilisé avec des systèmes optogénétiques pour éclairer les cultures de micro-organismes et cellules d'image régulièrement dans l'effluent avec un microscope inversé. La culture, l'échantillonnage, l'imagerie et l'analyse d'images sont entièrement automatisées afin que les réponses dynamiques à l'éclairage peuvent être mesurés sur plusieurs jours.

Conception et mise en œuvre d&#39;un Illuminating automatisé, la culture, et du système d&#39;échantillonnage pour Microbial optogénétiques Applications

Le système de cocultivation hydroponique décrit supporte des plantes intactes avec des écrans en mèches métalliques et les cocultive avec des bactéries. Les tissus végétaux, les bactéries et les molécules sécrétées peuvent ensuite être récoltées séparément pour des analyses en aval, permettant simultanément d'étudier les réponses moléculaires des hôtes de la plante et des microbes ou microbiomes en interaction.

Un système de co-culture hydroponique pour l&#39;analyse simultanée et systématique des interactions et signalisation moléculaire des plantes / microbes

Ce protocole décrit comment utiliser le système de culture de microgouttelettes microbiennes (MMC) pour effectuer une culture microbienne automatisée et une évolution adaptative. MMC peut cultiver et sous-cultiver des micro-organismes automatiquement et en continu et surveiller en ligne leur croissance avec un débit relativement élevé et une bonne parallélisation, réduisant ainsi la consommation de main-d’œuvre et de réactifs.

Culture microbienne automatisée et évolution adaptative à l’aide d’un système de culture de microgouttelettes microbiennes (MMC)

Le protocole décrit une conception simple de puces microfluidiques et une méthodologie de microfabrication utilisées pour cultiver C. elegans en présence d’un approvisionnement alimentaire continu jusqu’à 36 heures. Le dispositif de croissance et d’imagerie permet également une imagerie intermittente à haute résolution à long terme des processus cellulaires et sous-cellulaires pendant le développement pendant plusieurs jours.

Une puce microfluidique simple pour la croissance à long terme et l’imagerie de Caenorhabditis elegans

Le renflouement des polypes est un processus induit par un stress aigu, dans lequel les polypes coralliens digèrent le tissu les reliant à leur colonie et s’en détachent pour vivre en tant qu’individus. Le présent protocole décrit comment induire la micropropagation des coraux par renflouement à l’aide de traitements à l’eau de mer hypersaline ou sans calcium.

Induire le renflouement des polypes dans les colonies de coraux pour obtenir des micropropagués individualisés à des fins expérimentales en laboratoire

Les structures géodésiques amarrées au milieu de l’eau appelées arches de corail fournissent une plate-forme de recherche modulaire, évolutive et réglable verticalement qui peut être utilisée pour construire, surveiller et perturber les communautés de récifs coralliens dans des zones auparavant inopérantes, y compris au large.

Arches de récifs coralliens: un mésocosme in situ et une boîte à outils pour rassembler des communautés de récifs coralliens

Ce protocole décrit la mise en place et le fonctionnement d’un système de micro-respirométrie qui peut être utilisé pour étudier les caractéristiques physiologiques de l’holobionte corallien.

Caractérisation physiologique de l’holobionte corallien à l’aide d’un nouvel outil de micro-respirométrie

Le changement climatique a un impact sur les écosystèmes des récifs coralliens à l’échelle mondiale. Les coraux provenant de systèmes d’aquaculture ex situ peuvent aider à soutenir les efforts de restauration et de recherche. Ici, les techniques d’alimentation et de culture des coraux qui peuvent être utilisées pour favoriser le maintien à long terme des coraux scléractiniaires couveurs ex situ sont décrites.

Techniques efficaces pour l’alimentation et la culture ex situ d’un corail scléractinien couver, Pocillopora acuta

Voici un protocole de collecte et de traitement des données de photogrammétrie sous-marine, y compris un pipeline de traitement d’images considérablement simplifié et entièrement automatisé, ce qui permet d’obtenir des sorties géoréférencées et alignées sur des séries chronologiques, prêtes pour l’extraction, l’analyse et l’application de données écologiques.

Reefshape : un système pour la collecte efficace et le traitement automatisé de données de photogrammétrie sous-marine de séries chronologiques pour la surveillance de l’habitat benthique

Découvrez un système de micro-dispositifs modulaire pour la culture et la surveillance des coraux en milieu contrôlé. Cette méthode offre une précision supérieure et une étanchéité microbienne optimale pour la recherche marine.

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