Skleraktin veya resif oluşturan mercanlar, karbonat iskeletleri oluşturabilen, resifler oluşturabilen ve derinlerden sığ su ortamlarına kadar bulunabilen yapısal olarak karmaşık ekosistemler oluşturabilen cnidarianlardır1. Tropikal mercan resifleri yüksek biyolojik çeşitliliğe ev sahipliği yapar ve kıyı koruma ve balıkçılık bakımı gibi temel ekosistem hizmetleri sunar2. Sığ su resifi oluşturan mercanların çoğu, mercanların iskeletlerini oluşturmak için ihtiyaç duydukları enerjiyi sağlayan Symbiodiniaceae familyasının algleriyle karşılıklı bir ilişkiye dayanır. Mercan ve algler arasındaki simbiyoz, çevresel stresle kırılabilir ve mercan ağartmasına neden olabilir 3,4,5,6. Son zamanlardaki sıcaklık anomalileri, dünya çapında büyük mercan ağartma olaylarına neden olmuş, kitlesel mercan ölümlerine ve kalıcı resif bozulmasına yol açmıştır 7,8,9,10,11. Bu fenomen, simbiyontların apoptoz, otofaji ve ekzositoz gibi ısı stresi ile ilişkili hücresel mekanizmalar tarafından atılmasına dayandığından, mercan ağartma, ekosistem ölçeğinde sonuçları olan hücresel bir süreç olarak tanımlanabilir 5,6,12, yani mercan hücrelerinin veya dokularının in vitro kültürlerine sahip olmak, bu fenomeni yakından incelemek için uygulanabilir.
Mercan resiflerinin önemi ve özellikle son yirmi yılda karşı karşıya kaldıkları büyük tehditlernedeniyle2, mercanlar dünya çapında koruma ve restorasyon amaçlı araştırmaların odağı haline gelmiştir13. Bununla birlikte, güvenilir, tekrarlanabilir ve mercanları incelemek için minimum çevresel etki sunan yaklaşımların ve deneysel sistemlerin geliştirilmesi bu alanda büyük bir mücadeledir.
Mikropropagasyon, bir organizmanın genotipinin, biyolojik materyalinin kontrollü kaplarda kültürlenerek in vitro çoğalması olarak tanımlanır14,15. Hücrelerin, dokuların ve organların kültürlenmesi, son yıllarda bitki ve hayvan biyolojisi için çok önemli olmuştur. Organizmaların laboratuvarlarda kitlesel üremesine, farklı tedavilerin (ilaçlar ve farmasötikler gibi) hızlı bir şekilde değerlendirilmesine ve hücre fonksiyonunun doğrudan incelenmesine izin verir14,15,16,17. Genel olarak, in vitro modeller, daha iyi kontrol edilen fiziksel ve kimyasal koşullar altında farklı organizmaların çalışmalarını tamamlamak ve derinleştirmek için yararlı olmuştur. İn vitro kültürleme tekniklerinin avantajları nedeniyle, farklı hayvan hücresi ve doku kültürü teknolojileri geliştirilmiş, optimize edilmiş ve çok sayıda uygulama için çoklu hücre hatlarının çalışıldığı ve ticarileştirildiği birçok araştırma alanında önemli araçlar olarak kullanılmıştır16,17,18.
1882'deki ilk hayvan doku kültüründen bu yana, hücre ve doku kültürü bilgisindeki birçok ilerleme kaydedilmiştir 17, doğal ve sentetik ortamın kullanılması, yerleşik hücre hatlarının icadı ve çok sayıda hücre tipini daha iyi bir şekilde yetiştirmek için 3D ortamın geliştirilmesi gibi16,17, 18,19. Bununla birlikte, hücre biyolojisi alanı çoğunlukla seçilmiş bir model organizma grubuna odaklanırken, birçok takson hala hücre, doku veya organların in vitro kültürlerine sahip değildir20. Örneğin, mercan araştırmalarında, mercan hücresi araştırmalarını birincil hücre kültürlerinin kullanımıyla sınırlayan araştırma için ölümsüzleştirilmiş hücre hatları yaygın olarak kullanılmamıştır. Bu kültürlerin yaşayabilirliği birkaç hafta 21 ile sınırlıdır,2021'in başına kadar 13 günden fazla bir süre boyunca tüm mercan dokularından bireysel hücrelerin hayatta kalmasını kaydeden hiçbir çalışma yoktur22. Yayınlanacak sürdürülebilir mercan hücresi hatlarının ilk raporu, 6 aya kadar yaşayan Acropora tenuis hücreleri ile yapıldı ve bu hücrelerin gelecekteki araştırmalar için faydası araştırılmaya devam ediyor23.
Mercan hücre kültürlerinin kültürlenmesindeki sınırlamaların üstesinden gelmek ve mercanların genel doku organizasyonunu koruyan bir laboratuvar kültürünü sürdürmek için, izole poliplerin kullanımı son zamanlarda mercan biyolojisi araştırmaları için bir model olarak önerilmiştir24,25. Polipler, mercanların anatomik birimleridir ve her birinin oral disklerinin merkezinde bulunan bir ağzı vardır ve aboral bölgesindeki koenosark tarafından diğer poliplere bağlanır26. Canlı poliplerin ayrılması, doğal olarak, akut stresin polipler arasındaki koenosarkın sindirimine neden olduğu ve daha sonra koloninin iskeletinden ayrılabildiği polip kurtarma işlemi ile gerçekleşir25,27,28. Bu fenomenin, oktomercanlar29,30,31, siyah mercanlar 32 ve skleraktin mercanları 25,27,28,32,33 dahil olmak üzere çeşitli taksonlara dahil olduğu bildirilmiştir ve sudaki kalsiyum eksikliği 24,34, artan asitlik 35 gibi çoklu çevresel stresörlerle ilişkilendirilmiştir. hiperozmotik koşullar 25,27,32,36, yüksek sıcaklıklar 36,37, açlık 33, havaya maruz kalma25,30 ve insektisit kontaminasyonu 28,38. Polip kurtarma paketi, örneğin, dünya çapında yaygın olarak dağıtılan ve mercan araştırmalarında model olarak yaygın olarak kullanılan pocilloporid mercanlar19'da bildirilmiştir. Pocillopora damicornis ve Styllophora pistillata gibi bu gruba ait türler, 5 mm'lik bir parçadan yaklaşık 30-40 mikropropagat üretmiştir25. Bu sayı, küçük bir mercan parçasından genetik olarak özdeş birçok birey üretme imkanı yarattığından, mercan mikropropagasyonu için bir yöntem olarak polip kurtarma işleminin kullanılmasının avantajını vurgulamaktadır. Araştırma için izole poliplerin kullanılması, şişeler ve Petri yemekleri gibi kontrollü laboratuar ortamlarında kültürlenme olasılığı ile ilgili hücre kültürleriyle aynı avantajlara sahiptir. Ek olarak, canlı polipleri korumak için mikroakışkan platformlar, bu mikropropajların kontrollü su akışı, yüzey ve sıcaklık24,25 ile nispeten ucuz ve çoğaltılması kolay ortamlarda tutulabileceğini göstermiştir. Bu mikroakışkan platformlar, canlı mercan yapılarını mikroskop altında doğrudan24,25 görselleştirmek için de kullanılabilir.
Bu makalede, bireysel mercan poliplerini kolonilerinden izole etmek için geliştirilen teknikleri özetlemekte ve göstererek, uzun süreli kültür için laboratuvar koşullarında nasıl korunacaklarını göstermekteyiz. Tartışılan yöntemler arasında buharlaşma ve yüksek tuzlulukta deniz suyunun pompalanması yoluyla hiperozmotik koşullar yoluyla polip kurtarma ve kalsiyum içermeyen deniz suyunda inkübasyon bulunmaktadır.