$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Rafy koralowe są jednym z najważniejszych ekosystemów na Ziemi. Ułatwiają one bioróżnorodność, zapewniając krytyczne siedliska dla ryb i bezkręgowców oraz mają kluczowe znaczenie dla utrzymania społeczności antropogenicznych, zapewniając żywność i środki do życia poprzez turystykę1. Jako kluczowy budowniczy raf koralowych, zwierzę koralowe (gromada: Cnidaria) pomaga również społecznościom przybrzeżnym, tworząc duże struktury z węglanu wapnia, które łagodzą uszkodzenia spowodowane przez fale i sztormy2.
Dorosłe koralowce to zwierzęta siedzące, które mają szeroki wachlarz endosymbiotycznych partnerów, w tym wirusy, archeony, bakterie, protisty, grzyby, a przede wszystkim członków rodziny bruzdnic glonów Symbiodiniaceae3. Zmiany w środowisku mogą powodować brak równowagi w tej społeczności, często prowadząc do wybuchów chorób i blaknięcia koralowców, w których symbiotyczne Symbiodiniaceae są wydalane z kolonii koralowców, eliminując w ten sposób główne źródło pożywienia koralowców. Oba te scenariusze często powodują śmierć koralowca host4,5,6. Skutki stresorów wywołanych przez antropogeny, takich jak gwałtowne zmiany klimatyczne, przyspieszają masową śmierć koralowców, prowadząc do globalnego spadku raf koralowych7.
Ostatnio opracowano wiele różnych metod, które pomagają złagodzić utratę raf koralowych. Metody te obejmują sadzenie koralowców na istniejących rafach, krzyżowanie genetyczne przy użyciu genotypów tolerancyjnych termicznie oraz manipulację komórkową społecznościami mikrobiologicznymi i symbiotycznymi hostowanymi w koralowcu8,9. Pomimo tych wysiłków, wiele pozostaje niewiadomych na temat różnorodności komórek koralowców i ich funkcji10,11,12,13. Dogłębne zrozumienie różnorodności typów komórek koralowych i funkcji komórek jest konieczne, aby zrozumieć, jak organizm koralowca zachowuje się w normatywnych i stresujących warunkach. Wysiłki mające na celu maksymalizację wydajności odbudowy i konserwacji skorzystają na lepszym zrozumieniu, w jaki sposób różnorodność komórek i funkcja genów są ze sobą sprzężone.
Poprzednie prace nad różnorodnością i funkcją komórek koncentrowały się głównie na badaniach histologicznych i pobieraniu próbek RNA z całych tkanek14,15,16,17. Aby uzyskać więcej szczegółów na temat funkcji określonych typów komórek w koralowcach, potrzebne są metody izolacji określonych populacji żywych komórek koralowców. Udało się to z powodzeniem osiągnąć w nieklasycznych organizmach modelowych za pomocą technologii cytometrii przepływowej sortowania komórek aktywowanych fluorescencją (FACS)18. FACS wykorzystuje kombinację laserów dostrojonych do różnych długości fal do pomiaru różnych endogennych właściwości komórkowych na poziomie pojedynczej komórki, takich jak względna wielkość komórki, ziarnistość komórki i autofluorescencja. Dodatkowo komórki mogą być oznaczone fluorescencyjnie znakowanymi związkami w celu zmierzenia określonych, pożądanych właściwości18,19.
Do tej pory zastosowanie cytometrii przepływowej do komórek koralowców polegało głównie na analizie symbiotycznych Symbiodiniaceae i innych populacji bakterii, wykorzystując ich silną, naturalną autofluorescencję20,21,22. FACS został również wykorzystany do oszacowania wielkości genomu koralowców za pomocą sygnału fluorescencyjnego markera DNA w porównaniu z komórkami organizmu modelu referencyjnego23,24. Efektywne zastosowanie FACS zapewnia trzy odrębne narzędzia, które są przydatne w badaniach biologii komórki: 1) morfologiczny i funkcjonalny opis pojedynczych komórek; 2) identyfikacja, separacja i izolacja określonych populacji komórek do dalszych badań; oraz 3) analiza testów funkcjonalnych na poziomie pojedynczej komórki.
Rozwój i zastosowanie różnych egzogennych markerów fluorescencyjnych do badania komórek koralowców pozostaje prawie niezbadane. Takie markery mogą obejmować znakowane białka, znakowane substraty dla enzymów lub reakcje fluorescencyjne na inne związki. Markery te można wykorzystać do identyfikacji typów komórek, które mają unikalne właściwości, takie jak podświetlanie komórek, które wytwarzają różne ilości określonej cechy przedziału komórkowego, takich jak lizosomy. Dodatkowym przykładem jest użycie fluorescencyjnie znakowanych kulek do funkcjonalnej identyfikacji komórek odpowiedzialnych za fagocytozę, czyli pochłonięcie docelowego patogenu25. Populacje komórek aktywnych w odpowiedziach immunologicznych można łatwo zidentyfikować za pomocą FACS po wchłonięciu tych egzogennie nałożonych kulek. Podczas gdy tradycyjne metody histologiczne wymagają zachowanej tkanki i wielu godzin, aby przybliżyć odsetek komórek dodatnich do pochłonięcia przez kulki, test funkcjonalny oparty na FACS na pochłanianie patogenów można przeprowadzić stosunkowo szybko na izolowanych żywych komórkach. Oprócz badania specyficznych dla komórek reakcji na stres, technologia ta ma potencjał, aby wyjaśnić ekspresję specyficzną dla genów i rzucić światło na historię ewolucyjną i rozwojową typów komórek całkowicie unikalnych dla parzydełkowców, takich jak kalikoblasty i parzydełka.
Ostatnio przeprowadziliśmy intensywne badania przesiewowe ponad 30 markerów komórkowych, które doprowadziły do zidentyfikowania 24, które są zdolne do oznaczania komórek koralowców, z których 16 jest przydatnych do rozróżniania unikalnych populacji18, tworząc z nich klastry różnicowania (CD). Tutaj opisujemy proces izolacji komórek koralowców w Pocillopora damicornis od usunięcia komórek ze szkieletu węglanu wapnia do identyfikacji i izolacji określonych populacji komórek za pomocą FACS (ryc. 1).