Вчені використовують кілька стандартних дослідницьких організмів, включаючи плодових мушок і мишей, для вивчення еволюційного розвитку (evo-devo) ліній тварин. Розширення різноманітності цих дослідницьких організмів покращує наше розуміння життя та сприяє біомедицині та охороні навколишнього середовища.
У недавньому дослідженні, опублікованому в Frontiers in Evolutionary Developmental Biology, вчені з Морської біологічної лабораторії (MBL) у Вудс Ельвені та Stazione Zoologica Anton Dohrn (SZS) у Неаполі, Італія, представили вид морських огірків Holothuria tubulosa як новий вид. ево-дево дослідження організму.
Переваги використання голкошкірих
Holothuria tubulosa, знайдена в Середземному морі та східній частині Атлантичного океану, належить до групи голкошкірих, до якої входять морські їжаки, морські зірки та піщані долари. Деякі види голкошкірих використовувалися в дослідженнях розвитку вже більше століття через їхню економічну ефективність, високу плодючість, чіткі личинки, а нещодавно придатність для генетичних досліджень.
«Голкошкірі є генетично найближчими безхребетними до людини, а це означає, що більшість наших генів у нас спільні. Якщо ми розуміємо, як ці гени функціонують у голкошкірих, ми також знаємо, як вони функціонують у людей», — сказала Маргерита Перілло, науковий співробітник MBL, яка керувала дослідженням.
«Морські огірки також мають атрибути та особливі навички, такі як живлення відкладень, які очищають дно океану, і здатність повністю відновлювати все своє тіло, — що може бути корисним для збереження та біомедицини», — додала вона.
Протокол отримання ембріональних культур
Першим кроком у створенні H. tubulosa як дослідницького організму була розробка протоколу для ефективного виробництва ембріональних культур у лабораторних умовах. Існуючі методи, включаючи імітацію природного циклу розмноження тварини та стимулювання звільнення всіх органів тварини шляхом потрошення (поведінка, яку морські огірки зазвичай демонструють під загрозою), були складними, неефективними або обома.
Щоб подолати це, команда під керівництвом Росселли Аннунціати з SZS і Перілло запровадила неінвазивну техніку багаторазового збирання невеликої кількості гамет (сперма та яйцеклітин) протягом тривалого періоду часу. Мікрохірургія передбачає невеликий розріз біля репродуктивних органів морського огірка, що дозволяє отримати яєчка або яєчники. Розріз швидко заживає і дає дослідникам можливість кожні кілька днів збирати врожай однієї тварини.
Оскільки яйцеклітини, отримані за допомогою цієї техніки, не досягли дозрівання і не можуть бути запліднені, дослідники потім піддають зібрані яєчники синтетичному пептиду – пептиду тіоредоксину-2, який, як відомо, працює в інших видів – щоб зробити їх сприйнятливими до сперми. Потім вони вирощують запліднену яйцеклітину в культурі, де вона досягає стадії метаморфозу приблизно через вісім тижнів.
Перілло пояснює: «Наш протокол усуває основне вузьке місце, через яке H. tubulosa не використовувався як дослідницький організм, і відкриває двері для більшої кількості вчених, щоб використовувати його».
Досягнення та перспективи на майбутнє
Команда використовувала мікроскопію високої роздільної здатності в поєднанні з імуногістохімією, щоб задокументувати розвиток личинок, зосередившись на її унікальних структурах. Їх детальний опис послужить основою для майбутніх досліджень, спрямованих на використання генетичних маніпуляцій для функціонального аналізу розвитку H. tubulosa .
Крім того, вони надали приклад того, як вчені можуть використовувати личинки голкошкірих для вивчення диверсифікації анатомічних структур у близькоспоріднених організмів. У цьому випадку вони використовували імунне фарбування серотоніну, щоб показати, як розташування серотонінових нейронів відрізняється між типами голкошкірих. Чому і як відбувається ця диверсифікація – відкрите питання в біології еволюційного розвитку.
«Морський огірок — дивовижна тварина, і чим краще ми його розуміємо, тим більшу цінність він має як дослідницький організм», — сказав Перілло. «Зараз я планую розробити генетичні інструменти, які допоможуть надалі схарактеризувати це як нову модель порівняння в evo-devo. Разом з тим ця спільна робота заклала основу для створення нових видів морських огірків тут, у MBL».