Các nhà khoa học nuôi cấy các dòng tế bào san hô ổn định đầu tiên
TNNN - Khả năng nuôi cấy tế bào san hô có thể mở ra một kỷ nguyên mới trong nghiên cứu sinh học san hô
Một đàn Acropora tenuis phát triển trong môi trường biển tự nhiên và được chuyển đến bể cá để sinh sản.
- Các nhà nghiên cứu đã nuôi cấy thành công tế bào từ san hô đá Acropora tenuis trong đĩa petri.
- Tạo ra các dòng tế bào bằng cách tách các tế bào ra khỏi ấu trùng san hô, sau đó chúng phát triển thành tám loại tế bào riêng biệt.
- Bảy trong số tám loại tế bào ổn định và có thể phát triển vô thời hạn và vẫn tồn tại ngay cả sau khi đóng băng.
- Một số loại tế bào đại diện cho các tế bào nội bì và do đó có thể hiểu rõ cách san hô tương tác với tảo quang hợp và quá trình tẩy trắng xảy ra.
- Sử dụng các dòng tế bào trong nhiều phương pháp nghiên cứu tế bào san hô, bao gồm phát triển san hô, nuôi trồng san hô và tác động của biến đổi khí hậu và ô nhiễm.
Các nhà nghiên cứu ở Nhật Bản đã thiết lập các dòng tế bào bền vững trong một loài san hô, theo một nghiên cứu được công bố ngày 26 tháng 4 trên tạp chí Marine Biotechnology.
Các nhà khoa học cho biết: “7 trong số 8 tế bào nuôi cấy được lấy hạt từ san hô đá Acropora tenuis, đã liên tục sinh sôi nảy nở trong hơn 10 tháng.Tronng quá khứ đã chứng minh rất khó thiết lập các dòng tế bào ổn định cho các sinh vật biển, đặc biệt là san hô”.
Giáo sư Noriyuki Satoh, tác giả chính của nghiên cứu, viện trưởng Viện Khoa học và Công nghệ thuộc trường Đại học Okinawa (OIST ) cho biết: "Thành công này có thể chứng minh là một thời điểm cần thiết để hiểu sâu hơn về đặc điểm sinh học của những loài động vật cực kỳ quan trọng này. Acropora tenuis thuộc họ Acroporidae, là loại san hô thông thường nhất được tìm thấy trong các rạn san hô nhiệt đới và cận nhiệt đới”.
Những loài san hô đá này là những loài phát triển nhanh và do đó đóng một vai trò thiết yếu trong việc hình thành cấu trúc của các rạn san hô. Tuy nhiên, san hô thuộc họ Acroporidae đặc biệt nhạy cảm với những thay đổi điều kiện của đại dương, thường trải qua các hiện tượng tẩy trắng khi nhiệt độ tăng cao hoặc khi đại dương bị axit hóa. Satoh giải thích rằng một ngày nào đó, việc trang bị kiến thức về sinh học cơ bản của những loài san hô này thông qua các dòng tế bào có thể giúp bảo vệ chúng chống lại biến đổi khí hậu.
Hình thành nuôi cấy tế bào.
Satoh đã phối hợp chặt chẽ với Kaz Kawamura từ trường Đại học Kochi - một chuyên gia trong việc phát triển và duy trì nuôi cấy tế bào của các sinh vật biển.
Vì san hô trưởng thành chứa nhiều loại sinh vật biển cực nhỏ, nhóm đã chọn thử tạo các dòng tế bào từ ấu trùng san hô để giảm nguy cơ lây nhiễm chéo. Một lợi ích khác của việc sử dụng các tế bào ấu trùng là chúng phân chia dễ dàng hơn các tế bào trưởng thành, nên có khả năng nuôi cấy chúng dễ dàng hơn.
Hình ảnh trên kính hiển vi cho thấy ba trong số các dòng tế bào được thiết lập trong nghiên cứu, đa dạng về màu sắc và hình thức.
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng các mẫu san hô trong phòng thử nghiệm để phân lập cả trứng, tinh trùng và thụ tinh cho trứng. Khi ấu trùng san hô phát triển, họ tách ấu trùng thành các tế bào riêng lẻ và nuôi chúng trong đĩa petri.
Ban đầu, việc nuôi cấy không thành công. Kawamura cho biết: “Các khối bong bóng nhỏ xuất hiện và sau đó chiếm gần hết đĩa petri. Chúng tôi phát hiện ra rằng đây là những mảnh vỡ của tế bào san hô đá sắp chết".
Trong năm thứ hai, nhóm đã phát hiện ra rằng bằng cách thêm một protease gọi là plasmin vào môi trường nuôi cấy tế bào, ngay khi bắt đầu nuôi cấy, họ có thể ngăn chặn các tế bào san hô đá chết và giữ cho chúng phát triển.
Hai đến ba tuần sau, các tế bào ấu trùng phát triển thành tám loại tế bào khác nhau, đa dạng về màu sắc, hình thức và hoạt động gen. Bảy trong số tám loại tế bào tiếp tục phân chia vô hạn để hình thành các tế bào san hô mới.
Khám phá sự cộng sinh không thể thiếu đối với sự tồn tại của san hô.
Một trong những tiến bộ thú vị nhất của nghiên cứu này là một số dòng tế bào có hình thức và hoạt động gen tương tự như tế bào nội bì. Nội bì là lớp tế bào bên trong được hình thành khoảng một ngày sau khi thụ tinh trứng san hô. Điều quan trọng là các tế bào trong lớp nội bì kết hợp tảo cộng sinh để quang hợp và cung cấp chất dinh dưỡng nhằm duy trì san hô.
San hô là một trong những loài động vật đơn giản nhất, chỉ có hai lớp tế bào (gọi là lớp mầm) hình thành trong quá trình phát triển phôi thai sớm - một lớp trong cùng, nội bì và một lớp ngoài là ngoại bì. Mỗi lớp tế bào mầm cuối cùng phát triển thành các loại tế bào khác nhau, bao gồm tế bào tiêu hóa, tế bào cơ, tế bào nội tiết thần kinh và tế bào châm chích (cnidocytes) nhưng mỗi loại tế bào hình thành ra sao trong quá trình phát triển vẫn còn cần phải nghiên cứu sâu hơn nữa
David cho biết: “Tại thời điểm này, nhu cầu cấp thiết nhất trong sinh học san hô là hiểu được sự tương tác giữa động vật san hô và loài cộng sinh quang hợp của chúng ở cấp độ tế bào và mối quan hệ này bị phá vỡ ra sao khi bị áp lực, dẫn đến việc san hô bị tẩy trắng và chết”.
Miller, một nhà sinh vật học san hô hàng đầu từ trường Đại học James Cook, Úc, người không tham gia vào nghiên cứu nói tiếp: "Để xác nhận những tế bào này trong môi trường nuôi cấy đại diện của nội bì san hô, có thể thực hiện các phân tích phân tử chi tiết về sự tương tác giữa san hô / quang tử — và từ đó, sẽ thực sự hiểu biết và hy vọng ngăn chặn sự tẩy trắng san hô". Đối với Satoh, mối quan tâm của ông là làm sao để các tế bào tảo quang cộng sinh, có kích thước gần bằng tế bào ấu trùng, xâm nhập vào san hô ban đầu.
Satoh cho biết: “Tảo được kết hợp vào các tế bào san hô khoảng một tuần sau khi ấu trùng phát triển. Nhưng chưa ai quan sát thấy sự kiện nội cộng sinh này ở cấp độ đơn bào trước đây".
Kỷ nguyên mới cho nghiên cứu tế bào san hô
Các nhà khoa học cũng phát hiện ra rằng các dòng tế bào san hô vẫn còn tồn tại sau khi được đông lạnh bằng nitơ lỏng và sau đó được rã đông.
Satoh cho biết: “Điều này rất quan trọng để có thể cung cấp thành công các dòng tế bào san hô cho các phòng thử nghiệm nghiên cứu trên toàn cầu. Ý nghĩa của các nghiên cứu trong tương lai sử dụng các dòng tế bào này rất sâu rộng, từ nghiên cứu về cách các tế bào san hô đơn lẻ phản ứng với ô nhiễm hoặc nhiệt độ cao hơn, đến nghiên cứu cách san hô sản sinh canxi cacbonat để xây dựng khung xương của chúng. Nghiên cứu cũng có thể cung cấp cái nhìn sâu sắc hơn về cách san hô phát triển, điều này có thể cải thiện khả năng nuôi san hô của chúng ta”.
Trong nghiên cứu tương lai, nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ thiết lập các dòng tế bào vô tính, nghĩa là mọi tế bào trong quá trình nuôi cấy đều giống hệt nhau về mặt di truyền. Satoh cho biết: “Điều này sẽ cho chúng ta thấy rõ ràng hơn nhiều về loại tế bào san hô mà chúng ta đang phát triển, ví dụ như tế bào nội tiết ruột hoặc tế bào nội tiết thần kinh, bằng cách xem xét những gen nào được bật và tắt trong tế bào”.
Viện Khoa học và Công nghệ Okinawa
T. Tố Quyên dịch
Nguồn: Lab Manager- Hoa Kỳ