אלמוגים סקלרקטיניים או בונים שוניות הם קנידריאנים המסוגלים ליצור שלדי קרבונט, ליצור שוניות ומערכות אקולוגיות מורכבות מבחינה מבנית שניתן למצוא מסביבות מים עמוקים ועד מים רדודים1. שוניות אלמוגים טרופיות מארחות מגוון ביולוגי גבוה ומספקות שירותי מערכת אקולוגית חיוניים, כגון הגנה על החופים ותחזוקת דיג2. רוב האלמוגים הבונים שוניות במים רדודים מסתמכים על מערכת יחסים הדדית עם אצות ממשפחת Symbiodiniaceae, המספקות את האנרגיה שאלמוגים זקוקים לה כדי לבנות את השלדים שלהם. הסימביוזה בין האלמוגים לאצות יכולה להישבר על ידי עקה סביבתית, ולגרום להלבנת אלמוגים 3,4,5,6. חריגות בטמפרטורה לאחרונה גרמו לאירועי הלבנת אלמוגים גדולים ברחבי העולם, מה שהוביל לתמותה המונית של אלמוגים ולהתפרקות קבועה שלהשונית 7,8,9,10,11. מכיוון שתופעה זו מבוססת על גירוש של סימביונטים על ידי מנגנונים תאיים הקשורים ללחץ חום לאחר לחץ חום, כגון אפופטוזיס, אוטופגיה ואקסוציטוזה, ניתן לתאר הלבנת אלמוגים כתהליך תאי שיש לו השלכות בקנה מידה של מערכת אקולוגית 5,6,12, מה שאומר שתרביות חוץ גופיות של תאי אלמוגים או רקמות יהיו ישימות כדי לחקור את התופעה מקרוב.
בשל חשיבותן של שוניות האלמוגים והאיומים הגדולים העומדים בפניהן, במיוחד בשני העשורים האחרונים2, אלמוגים הפכו למוקד המחקר למטרות הגנה ושיקום ברחבי העולם13. עם זאת, פיתוח גישות ומערכות ניסוי שהן אמינות, ניתנות לשחזור ומציעות השפעה סביבתית מינימלית לחקר אלמוגים הוא מאבק גדול בתחום זה.
מיקרו-פרופגציה מוגדרת כהתפשטות חוץ גופית של הגנוטיפ של אורגניזם על ידי התרבות החומר הביולוגי שלו בכלי עבודה מבוקרים14,15. התרבות של תאים, רקמות ואיברים הייתה חיונית לביולוגיה של צמחים ובעלי חיים בעשורים האחרונים. הוא מאפשר רבייה המונית של אורגניזמים במעבדות, הערכה מהירה של טיפולים שונים (כגון תרופות ותרופות), ומחקר ישיר של תפקוד התא 14,15,16,17. באופן כללי, מודלים במבחנה היו שימושיים להשלמת והעמקת המחקרים של אורגניזמים שונים בתנאים פיזיקליים וכימיים מבוקרים טוב יותר. בשל היתרונות של טכניקות התרבות במבחנה, טכנולוגיות שונות של תאי בעלי חיים ותרביות רקמה פותחו, עברו אופטימיזציה ושימשו ככלים חשובים בתחומי מחקר רבים, שבהם קווי תאים מרובים נחקרו והתמסחרו עבור יישומים רבים 16,17,18.
התקדמות רבה בידע על תרבית תאים ורקמה נעשתה מאז תרבית רקמת החיה הראשונה בשנת 188217, כגון שימוש במדיה טבעית וסינתטית, המצאת קווי תאים מבוססים ופיתוח מדיה תלת-ממדית לטיפוח מספר רב של סוגי תאים בצורה טובה יותר16,17, 18,19. עם זאת, תחום הביולוגיה של התא התמקד בעיקר בקבוצה נבחרת של אורגניזמי מודל, בעוד שלטקסונים רבים עדיין אין תרביות חוץ גופיות מבוססות היטב של תאים, רקמות או איברים20. לדוגמה, במחקר אלמוגים, לא נעשה שימוש נרחב בקווי תאים מונצחים למחקר, מה שמגביל את חקר תאי האלמוגים לשימוש בתרביות תאים ראשוניות. לתרביות אלה יש יכולת קיום המוגבלת למספר שבועות21, ללא מחקרים המתעדים את הישרדותם של תאים בודדים מכל רקמות האלמוגים במשך יותר מ-13 יום עד תחילת 202122. הדו"ח הראשון על קווי תאי אלמוגים בני קיימא שפורסם היה עם תאי Acropora tenuis שחיו עד 6 חודשים, והתועלת של תאים אלה למחקר עתידי נותרה לחקור23.
כדי להתגבר על המגבלות של גידול תרביות תאי אלמוגים ולתחזק תרבית מעבדה המשמרת את הארגון הכולל של הרקמות של אלמוגים, השימוש בפוליפים מבודדים הוצע לאחרונה כמודל למחקר ביולוגיה של אלמוגים24,25. פוליפים הם היחידות האנטומיות של אלמוגים, ולכל אחד מהם יש פה הממוקם במרכז הדיסק האוראלי שלהם והוא מחובר לפוליפים אחרים על ידי הקואנוזרק באזור ההפלה שלו26. ההפרדה של פוליפים חיים מתרחשת באופן טבעי על ידי תהליך של חילוץ פוליפ, שבו עקה חריפה גורמת לעיכול של הקואנוזרק בין הפוליפים, אשר לאחר מכן יכול להתנתק משלד המושבה 25,27,28. תופעה זו דווחה כמתרחשת במגוון טקסונים, כולל תמנונים 29,30,31, אלמוגים שחורים 32 ואלמוגים סקלרקטיניים 25,27,27,28,32,33, ונקשרה לגורמי עקה סביבתיים מרובים, כגון מחסור בסידן במים 24,34, חומציות מוגברת35, תנאים היפר-אוסמוטיים 25,27,32,36, טמפרטורות גבוהות 36,37, רעב 33, חשיפה לאוויר25,30 וזיהום קוטל חרקים28,38. חילוץ פוליפ דווח, למשל, באלמוגים פוצ'ילופורידים19, המפוזרים באופן נרחב ברחבי העולם ומשמשים בדרך כלל כמודלים בחקר אלמוגים. מינים השייכים לקבוצה זו, כגון Pocillopora damicornis ו- Styllophora pistillata, יצרו כ-30-40 מיקרו-פרופגאטים מקטע 5 מ"מ25. מספר זה מדגיש את היתרון של שימוש ב-polyp bail-out כשיטה למיקרו-פרופגציה של אלמוגים, שכן הוא יוצר את האפשרות ליצור פרטים רבים זהים גנטית מפיסת אלמוגים קטנה. לשימוש בפוליפים מבודדים למחקר יש גם את אותם יתרונות כמו לתרביות תאים לגבי האפשרות להיות מתורבתים בסביבות מעבדה מבוקרות, כגון צלוחיות וצלחות פטרי. בנוסף, פלטפורמות מיקרופלואידיות לשמירה על פוליפים חיים הראו כי ניתן לשמור על מיקרו-פרופגטים אלה בסביבות זולות יחסית וקלות לשחזור, עם זרימת מים מבוקרת, פני השטח והטמפרטורה24,25. פלטפורמות מיקרופלואידיות אלה יכולות לשמש גם כדי לדמיין מבני אלמוגים חיים תחת מיקרוסקופ ישירות24,25.
במאמר הנוכחי אנו מסכמים ומדגימים את הטכניקות שפותחו כדי לבודד פוליפים של אלמוגים בודדים ממושבותיהם, ומראים כיצד לשמור עליהם בתנאי מעבדה לתרבית ארוכת טווח. השיטות הנדונות כוללות חילוץ פוליפ-אאוט באמצעות תנאים היפר-אוסמוטיים על ידי אידוי ושאיבת מי ים בעלי מליחות גבוהה ודגירה במי ים נטולי סידן.