$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Odporność odgrywa kluczową rolę w fizjologicznej regulacji organizmów, działając jako podstawowa obrona przed szerokim zakresem patogenów i stresorów środowiskowych1. Podobnie jak inne kręgowce, ryby mają złożony, dynamiczny i skoordynowany układ odpornościowy niezbędny dla ich ogólnego stanu zdrowia i dobrego samopoczucia1.
Ryby teleost posiadają zarówno wrodzony, jak i adaptacyjny układ odpornościowy, który działa jednocześnie w celu wykrywania, reagowania i neutralizowania szkodliwych najeźdźców2. Wrodzony układ odpornościowy działa jako pierwsza linia obrony, zapewniając natychmiastowe i niespecyficzne odpowiedzi na patogeny2, podczas gdy adaptacyjny układ odpornościowy rozwija się z czasem, oferując bardziej wyspecjalizowaną odpowiedź, która umożliwia rybom rozpoznawanie określonych patogenów i ustanowienie pamięci immunologicznej3. Układ odpornościowy ryb opiera się na wyspecjalizowanych pierwotnych narządach limfatycznych (tj. grasicy i nerce głowy) oraz wtórnych narządach limfatycznych (np. śledzionie i tkankach limfatycznych związanych z błoną śluzową (MALT)) w celu wspierania obrony immunologicznej i utrzymania ogólnego stanu zdrowia4. Nerka głowy jest głównym narządem krwiotwórczym u ryb teleost i odgrywa kluczową rolę w rozwoju i dojrzewaniu komórek odpornościowych, w tym leukocytów5.
W ostatnich latach poczyniono znaczne postępy w badaniu odpowiedzi immunologicznych kilku gatunków ryb2. Jednym z kluczowych obszarów zainteresowania było zrozumienie populacji leukocytów i ich aktywności. Leukocyty, znane również jako białe krwinki, są ogólnie klasyfikowane jako monocyty, limfocyty i granulocyty i odgrywają kluczową rolę w obronie immunologicznej ryb. Mają komórki fagocytarne, które są odpowiedzialne za pochłanianie i niszczenie patogenów oraz uwalniają bakteriobójcze reaktywne formy tlenu, przyczyniając się do eliminacji inwazyjnych mikroorganizmów6. Leukocyty są również zaangażowane w proces zapalny, pomagając w izolowaniu i eliminowaniu infekcji, jednocześnie wspomagając naprawę tkanek6. Liczebność i aktywność populacji leukocytów są ważnymi wskaźnikami stanu odporności w zdrowiu i chorobie zwierząt7,8.
Niektóre badania wykazały, że czynniki stresowe, takie jak niekorzystne warunki środowiskowe, mogą zmieniać liczbę i morfologię erytrocytów oraz skład krążących leukocytów9,10. Na przykład, jak dokonali recenzenci Franke i in. (2024), kluczowe znaczenie ma badanie układu odpornościowego ryb w scenariuszach zmian klimatu, ponieważ stresory środowiskowe mogą zagrozić odporności ryb, zwiększyć podatność na choroby i zwiększyć zakaźność niektórych patogenów, ostatecznie przyspieszając postęp choroby11. Co więcej, zrozumienie odporności ryb ma zasadnicze znaczenie nie tylko dla postępu w podstawowych badaniach biologicznych, ale także dla wspierania różnych sektorów społeczeństwa, takich jak przemysł akwakultury. Wraz z rozwojem akwakultury na całym świecie coraz ważniejsze staje się zapewnienie zdrowia i dobrostanu gatunków ryb hodowlanych. Jednak dobrostan ryb pozostaje stosunkowo nowym obszarem badań, a odpowiedzi immunologiczne ryb hodowlanych nadal wymagają dokładnych i ustandaryzowanych ocen. Priorytetowe traktowanie badań nad odpowiedzią immunologiczną ma ogromne znaczenie, ponieważ uzyskane informacje mogą zwiększyć zrównoważony rozwój i produktywność akwakultury dzięki skutecznym i dostosowanym do potrzeb podejściom, które poprawiają dobrostan i odporność zwierząt gospodarskich.
Kwantyfikacja i identyfikacja leukocytów są zwykle wykonywane przy użyciu metod hematologicznych, takich jak ręczne liczenie za pomocą hemocytometrów Bürkera, Neubauera lub Thoma, a także barwione rozmazy krwi7,10. Aby pomóc w wizualizacji i różnicowaniu komórek krwi, często stosuje się zestawy do barwienia, takie jak Wright, May-Grünwald-Giemsa i Hemacolor7,12. Jednak te techniki ręcznego liczenia komórek są żmudne, czasochłonne i podatne na błędy ludzkie8,10. Częstymi źródłami błędów są nieodpowiednie mieszanie lub rozcieńczanie krwi, problemy z barwieniem i nieprawidłowe ładowanie komory hemocytometru, co może prowadzić do niedokładnej liczby komórek12. Ponadto ręczna analiza hematologiczna wymaga wysokiego poziomu wiedzy i doświadczenia, aby zapewnić wiarygodność i odtwarzalność wyników7. Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na precyzyjne i skuteczne narzędzia diagnostyczne, opracowanie innowacyjnych metod, które zapewniają dogłębne zrozumienie stanu odporności populacji ryb, staje się coraz ważniejszym krokiem w rozwoju tej dziedziny.
Cytometria przepływowa stała się potężnym narzędziem w tym kontekście, oferując wysokoprzepustowe, ilościowe podejście do analizy populacji leukocytów i żywotności komórek8. Ta nowoczesna technologia diagnostyczna pozwala na szybkie wykrywanie, liczenie i charakteryzowanie pojedynczych komórek w mieszanych populacjach z niezwykłą precyzją13. Co więcej, cytometria przepływowa umożliwia jednoczesne pomiary wieloparametryczne zarówno w charakterystyce fenotypowej, jak i funkcjonalnej. Chociaż jest szeroko stosowany w warunkach klinicznych u ludzi i w medycynie weterynaryjnej, jego zastosowanie w badaniu leukocytów ryb pozostaje bardzo ograniczone8. Chociaż przeprowadzono pewne badania na różnych gatunkach ryb1,6,8,13,14,15,16,17, nadal należy stawić czoła kilku krytycznym wyzwaniom. Jednym z głównych wyzwań w tych analizach jest konieczność uzyskania zawiesin żywych leukocytów wyekstrahowanych z krwi obwodowej lub tkanek limfatycznych, takich jak głowa nerki1. Izolacja leukocytów jest często trudna ze względu na unikalną cechę ryb teleostowych: obecność jądrzastych erytrocytów. Niezamierzone zanieczyszczenie erytrocytami może zakłócać analizę leukocytów ze względu na ich wielkość, jajowaty kształt i obecność jądra1. Dlatego konieczne jest wyeliminowanie erytrocytów z zawiesin leukocytów w celu uzyskania wysokiej czystości leukocytów oraz zbadania cech fenotypowych i funkcjonalnych leukocytów za pomocą analizy cytometrii przepływowej. U ssaków izolacja leukocytów zazwyczaj obejmuje lizę osmotyczną erytrocytów lub separację gradientu gęstości za pomocą Ficoll lub Percoll1. Jednak liza osmotyczna jest nieskuteczna zarówno w przypadku ryb morskich, jak i słodkowodnych ze względu na ich jądrzaste erytrocyty, które nie mogą być prawidłowo zrandomizowane1. Zamiast tego separacja gradientu gęstości jest preferowana dla ryb, ponieważ skutecznie zachowuje stabilność komórek w czasie1. Chociaż niektóre badania z powodzeniem wyizolowały leukocyty od młodych ryb, wiele badań nadal koncentruje się głównie na populacjach dorosłych17. Niemniej jednak wczesne stadia życia są nie tylko bardziej podatne na wybuchy choroby, ale także mają mniejsze rozmiary, co sprawia, że proces pobierania próbek jest bardziej złożony i wymagający. Innym ograniczeniem jest to, że obecne metody są często ograniczone do ograniczonej liczby próbek lub powtórzeń jednocześnie, ponieważ ocena żywotności leukocytów wymaga natychmiastowego przetwarzania. Opóźnienia w przetwarzaniu próbek mogą niekorzystnie wpłynąć na żywotność komórek, wprowadzając w ten sposób dalsze komplikacje do procesu pobierania próbek i potencjalnie zagrażając całej pracy.
Zgodnie z naszą najlepszą wiedzą, żadna z opublikowanych metod nie zdołała skutecznie ustalić komórek leukocytów do późniejszej analizy żywotności za pomocą cytometrii przepływowej. Niniejsze badanie jest pionierskie, ponieważ ustanawia skuteczną metodę izolowania leukocytów z nerki głowy młodego dorady (Sparus aurata), głównego gatunku ryb hodowanych w krajach Europy Południowej, przy użyciu metodologii separacji gradientu gęstości Percoll. Przedstawiamy również ulepszoną technikę opartą na barwieniu, która odróżnia żywe komórki od martwych, jednocześnie identyfikując główne populacje leukocytów (limfocyty, monocyty i granulocyty) za pomocą cytometrii przepływowej. Ulepszony protokół wiąże się z utrwaleniem komórek, co umożliwia realną analizę komórek do 1 miesiąca po zabiegu. Wdrożenie tego protokołu cytometrii przepływowej może znacznie skrócić czas i wysiłek zwykle wymagany do oceny odporności, co czyni ją cenną techniką zarówno dla badań, jak i bardziej praktycznych zastosowań w sektorze akwakultury. Zastosowanie tej metodologii zapewnia korzyści w zakresie analizy dużej liczby próbek, konserwacji komórek i umożliwienia opóźnionej analizy za pomocą cytometrii przepływowej. W związku z tym bardzo pomocne może być uzyskanie cennych informacji na temat mechanizmów odpornościowych ryb i tego, jak na żywotność komórek wpływają różne warunki środowiskowe lub eksperymentalne. Co więcej, ten test żywotności można zintegrować z wieloparametryczną charakterystyką fenotypową i funkcjonalną określonych populacji komórek odpornościowych. Takie podejście umożliwia bardziej kompleksową analizę kilku parametrów immunologicznych, łącząc je bezpośrednio z odpowiadającymi im typami komórek i zapewniając lepsze zrozumienie odpowiedzi immunologicznej. Odkrycia te mogą przyczynić się do opracowania skuteczniejszych strategii, w tym ulepszonych podejść do zarządzania chorobami w akwakulturze.