Atlas completo de células de corales constructores de arrecifes creados
ARRIBA: Primer plano de Stylophora pistillata pólipos. El tinte marrón proviene de los dinoflagelados simbióticos.SHANI LEVY
Los arrecifes de coral enfrentan innumerables factores estresantes, desde la contaminación hasta el cambio climático. Comprender cómo responden a estas amenazas a nivel molecular es esencial para predecir lo que les sucederá en los próximos años e idear los mejores medios para protegerlos, dice Tali Mass, ecologista marino de la Universidad de Haifa en Israel. Desafortunadamente, el conocimiento relativamente escaso sobre los diferentes tipos de células en sus cuerpos ha dificultado ese tipo de investigación.
Para llenar esos vacíos, ella y sus colegas publicaron un atlas celular completo del coral coliflor liso ( Stylophora pistillata) en Cell el 3 de mayo. Entre los 40 tipos de células descritos había dos tipos de células inmunitarias, las primeras células especializadas para inmunidad reportada para cualquier coral.
Esto es algo que hemos estado necesitando hacer desde siempre en la ciencia de los corales, dice Nikki Traylor-Knowles, inmunóloga de corales de la Universidad de Miami que no participó en el estudio. Ella describe el documento como un tesoro oculto y agrega que ayudará en gran parte del trabajo molecular y funcional que se ha sofocado en el campo de los corales durante tanto tiempo.
Desglose célula por célula</h2
El equipo eligió el coral coliflor liso porque se adapta bien a este tipo de trabajo. Es una especie muy común. Es una especie robusta. Crece rápido, por lo que puedes cultivarlo en el laboratorio, explica Mass. A pesar de que los animales se recolectan de la naturaleza para estudios, incluido este último, su capacidad para vivir bien en cautiverio ha hecho que la especie sea casi como la rata de laboratorio en la comunidad coralina y un excelente sistema natural para el trabajo molecular.
Una colonia salvaje de coral coliflor suave (Stylophora pistillata) Hagai Nativ
Para lograr la enorme cantidad de secuenciación necesaria para construir el atlas, Mass y sus colegas tuvieron que renovar sus protocolos de extracción de ARN probados y verdaderos. Debido a que las células de coral se estresaban fácilmente cuando se separaban de su esqueleto de carbonato y se aislaban para la secuenciación individual, los miembros del equipo tuvieron que acelerar su trabajo. En última instancia, redujeron el tiempo de preparación de las células de un protocolo de 48 horas a uno de 15 minutos mediante la combinación de procesos químicos y técnicos, explica Mass. Los fragmentos de coral tuvieron que sumergirse en agua de mar filtrada sin calcio con EDTA para reducir la presencia de metales que promueven la adhesión tanto como fuera posible mientras se raspaba suavemente el tejido de coral del esqueleto con una punta de pipeta de 10 microlitros, y el equipo se aseguró la viabilidad de las células mediante tinción con calceína/Draq5. Nos tomó alrededor de un año desarrollar ese protocolo, dice ella.
El esfuerzo valió la pena, ya que el nuevo procedimiento les permitió secuenciar los transcriptomas de más de 37,000 células individuales de tres etapas de vida diferentes del coral: larvas de natación libre, pólipos recién asentados y metamorfoseados, y colonias de adultos maduros. Las decenas de miles de transcripciones de cada célula se anotaron comparándolas con las secuencias de genes publicadas, y luego las células se agruparon en función de los patrones de expresión de genes utilizando MetaCell, lo que resultó en la identificación de 40 tipos distintos de células de coral, incluida la primera documentación de coral. Las células inmunitarias.
Si los animales realmente tenían células inmunitarias especializadas era un tema de debate, señala Traylor-Knowles, aunque su trabajo ha respaldado su existencia durante mucho tiempo. Para mí, personalmente, dice, el hallazgo de no uno, sino dos tipos distintos de células inmunitarias fue muy reivindicativo y ayudará en gran medida a sus investigaciones sobre la inmunidad de los animales. levy
El proceso también identificó genes clave que pueden ser útiles como marcadores para visualizar tipos específicos de células durante la histología o para separarlas de otras células durante la citometría de flujo, como sería necesario para generar una población pura de células para estudios in vitro detallados. trabajar. Las células inmunitarias recién descubiertas, por ejemplo, expresan NFAT, un factor de transcripción descubierto originalmente en las células T activadas, así como factores reguladores del interferón y otros genes inmunitarios, pero difieren en la expresión de otros genes. , incluidos aquellos involucrados en las vías apoptóticas.
Existe una necesidad urgente de comprender cómo los corales pueden defenderse y hacer frente [con] el reciente aumento de numerosas enfermedades que afectan a los arrecifes de coral en todo el mundo, dice Mauricio Rodríguez- Lanetty, quien estudia fisiología de corales en la Universidad Internacional de Florida. Está de acuerdo en que las células inmunitarias son un hallazgo muy valioso y le dice a The Scientist que la capacidad de visualizar y separar estas células inmunitarias hará posible estudiar la inmunidad de los corales con mucho más detalle, e incluso podría abrir la posibilidad de manipulaciones genéticas para mejorar la respuesta de las células.
Ver corales restaurados generan esperanza para los arrecifes de todo el mundo
Lo que hace que el estudio sea especialmente completo, dice Traylor-Knowles, es que el equipo no se detuvo en los transcriptomas. También lo conectaron a tierra con otras técnicas, incluida la hibridación in situ utilizando los marcadores potenciales para resaltar diferentes tipos de células en los tejidos coralinos reales. Demostraron que las células que expresan el gen epidérmico peroxidasina estaban ubicadas en la superficie externa de los animales, por ejemplo, y las que expresan un gen para el colágeno gastrodérmico recubren la cavidad gástrica de los animales.
Debashish Bhattacharya, un genomicista evolutivo de la Universidad de Rutgers que estudia simbiosis en corales y otros animales y no participó en el estudio, dice que está emocionado de usar el atlas para profundizar realmente en los llamados genes oscuros de los animales que están altamente expresados en algunas células. pero cuyas funciones se desconocen actualmente, ya que eso podría revelar nuevos conocimientos sobre la biología única de los corales.
Para Rodríguez-Lanetty, la parte más emocionante del artículo son las posibilidades que abre para estudiar la simbiosis. Las algas dinoflageladas viven dentro de los tejidos de los corales y les proporcionan carbohidratos y oxígeno y ayudan a eliminar los desechos, mientras que los corales brindan protección a las algas y algunos de los componentes que necesitan para la fotosíntesis. Otros conocidos
Primer plano de un pólipo de coral usando microscopía fluorescente. Los pigmentos de los dinoflagelados brillan en rojo, mientras que algunas células de coral que contienen GFP brillan en verde. SHANI LEVY
Hasta ahora, dice, era imposible separar las células involucradas en la simbiosis de otras células cercanas en los tejidos de los corales. Los estudios transcriptómicos anteriores simplemente extrajeron el ARN de trozos de coral triturados, lo que significaba que había mucho ruido en los conjuntos de datos. Este estudio, por primera vez, proporciona un enfoque que permite [uno] interrogar específicamente a las células que son importantes en la simbiosis, y poder diseccionar y determinar cuáles son estos genes y cuáles [son] los procesos celulares que tienen lugar en acomodando esa simbiosis y regulando esa simbiosis, dice. Es muy transformador.
El caso de las células madre que desaparecen
En su categorización de diferentes tipos de células, el grupo de Masss prestó especial atención a los signos de pluripotencialidad. Mucha gente está tratando de averiguar si los corales realmente tienen células madre, dice ella, por lo que se esfuerzan más en buscarlas. Pero al menos en los corales adultos, sus búsquedas resultaron vacías. Ninguna de las 26.880 células adultas que secuenciaron tenía los marcadores bien categorizados de células madre, aunque algunas de las células de las larvas sí lo tenían. Quiero decir, nos alegramos de encontrarlos [en las larvas], dice, pero las investigaciones futuras deberán explicar por qué parecen faltar en los corales adultos.
Traylor-Knowles dice que se pregunta si realmente están ausentes de los adultos, o si su ausencia fue un artefacto del muestreo. Esa fue un área en la que fue como, ¿por qué? . . . ¿Por qué no los encontraron? ¡Sabemos que están ahí! Así que ese sigue siendo el misterio, dice ella.
Señala que el estudio plantea otras preguntas. Por ejemplo, el equipo no pudo relacionar cada célula con una categoría descrita de célula de otros animales; algunos fueron finalmente clasificados como desconocidos. Debido a que estas células no anotan bien a otras especies, podrían tener funciones exclusivas de los corales, señala. El estudio realmente abre una caja de Pandora. . . Pero en el buen sentido. Traylor-Knowles dice que espera que otros investigadores sigan el ejemplo de los autores y generen atlas similares para otras especies de coral.
Bhattacharya está de acuerdo. Cuando las personas salgan a la naturaleza y realmente apliquen herramientas modernas, encontrarán mucha más información que es muy, muy emocionante, dice. Y aunque estudiar tanto los modelos como los sistemas naturales es claramente importante, dice, solo estoy argumentando que deberíamos gastar más energía en las cosas salvajes.
S. Levy et al., Un atlas de células de coral pétreo ilumina las bases moleculares y celulares de la simbiosis, la calcificación y la inmunidad de los corales, Célula, doi:10.1016/j.cell.2021.04.005, 2021.