🔎
Коралловые рифы – излюбленное место аквалангистов и одна из самых разнообразных экосистем в мире. Например, на гавайских коралловых рифах, известных как «тропические леса моря», обитает более 7000 видов морских животных, рыб, птиц и растений. Но коралловые рифы сталкиваются с серьезными угрозами, включая ряд заболеваний, которые связаны с деятельностью человека.

Молекулярные основы заболевания кораллов

Чтобы понять связь между деятельностью человека и типом опухолевидного заболевания, называемого аномалиями роста, исследователи из Национального института стандартов и технологий сотрудничали с Геологической службой США и Национальным управлением океанических и атмосферных исследований (США), чтобы использовать новый метод молекулярного профилирования для идентификации 18 небольших молекул, которые обещают помочь им лучше понять серию молекулярных реакций, ведущих к болезни.

Аномалии роста влияют как на скелет коралла, так и на его мягкие ткани. Ученые не знают ни причины заболевания, ни того, как оно распространяется, но предположили, что существует сильная корреляция между распространенностью аномалий роста в колониях кораллов и плотностью населения поблизости.

Молекулярные основы заболевания кораллов

Почти все виды кораллов состоят из сотен и миллионов отдельных мягкотелых животных, называемых полипами. Полипы выделяют карбонат кальция, образуя прочный скелет, который закладывает основу колонии кораллов. Аномалии роста влияют на кораллы из-за неравномерного и ускоренного роста их скелета, делая его менее плотным и заполненным дырами. Это приводит к образованию опухолевидной массы в скелете колонии кораллов с меньшим количеством полипов и сниженной способностью к воспроизводству.

Мелководные кораллы получают пищу, такую ​​как углеводы и кислород, в качестве побочного продукта фотосинтеза в результате симбиотических отношений с зооксантеллами, фотосинтезирующими водорослями, обитающими в тканях кораллов. Аномалии роста могут привести к уменьшению количества симбиотических зооксантелл и, следовательно, к меньшему количеству энергии, поглощаемой фотосинтезом.

Молекулярные основы заболевания кораллов

Хотя аномалии роста обычно не приводят напрямую к гибели кораллов, они влияют на общее состояние колоний кораллов и могут представлять экологическую угрозу популяциям кораллов. Чтобы проанализировать болезнь, исследователи NIST выбрали кораллы Porites compressa в качестве целевой выборки.

Этот вид кораллов известен как «пальчиковый» или «горбатый» коралл и является частью семейства каменистых кораллов, которые считаются «одним из важных видов кораллов на Гавайях, строящих рифы», – сказала химик NIST Трейси Шок. «Они закладывают фундамент кораллового рифа».

Porites compressa обитает в мелководных лагунах у Гавайских островов, а исследователи получили образцы кораллов в заливе Канеохе, Оаху. Залив был широко изучен как место, пострадавшее от человеческой деятельности, такой как сброс сточных вод и загрязнение металлами. Аномалии роста ранее наблюдались у кораллов там.

Молекулярные основы заболевания кораллов

Чтобы проанализировать и изучить аномалии роста у Porites compressa, исследователи обратились к области метаболомики, которая представляет собой изучение малых молекул, таких как те, которые составляют живые организмы, обнаруженные в тканях, крови или моче. Эти небольшие молекулы, известные как метаболиты, являются промежуточными и конечными продуктами в серии связанных биохимических реакций, известных как молекулярные пути в организме.

Некоторые примеры таких небольших молекул включают сахара, такие как глюкоза, аминокислоты, липиды и жирные кислоты. На их производство могут влиять генетические факторы и факторы окружающей среды, и они могут помочь исследователям лучше понять биохимическую активность ткани или клеток. В этом случае химический анализ метаболитов дает важную информацию, которая помогает исследователям понять физиологию заболевания.

Для своего исследования ученые взяли образец колонии кораллов, в которой были как здоровые, так и больные ткани. Они разделили свои образцы, чтобы оценить здоровый и больной коралл по отдельности. У них также был отдельный соседний образец, свободный от пораженной ткани.

Молекулярные основы заболевания кораллов

Образцы замораживали в жидком азоте, а затем лиофилизировали для практической обработки образцов при сохранении метаболической целостности. Затем исследователи отделили больные части от здоровой колонии с помощью молотка и стамески из нержавеющей стали и с помощью щетки собрали ткань скелета. На одном из заключительных этапов подготовки образца они химически извлекли метаболиты из ткани коралла, используя комбинацию метанола, воды и хлороформа.

«Этот метод является новым для изучения кораллов», – сказал Шок. «В метаболомике крайне важно сохранить состояние всех метаболитов в образце во время сбора. Это требует прекращения всей биохимической активности с использованием жидкого азота и поддержания этого состояния до химического извлечения метаболома. Сложность коралловой структуры требует строгие протоколы сбора и обработки».

Затем исследователи провели метаболомный анализ образцов кораллов, используя метод воспроизводимого профилирования, известный как протонный ядерный магнитный резонанс (H1 ЯМР).

Метод H1 ЯМР подвергает экстракт кораллов воздействию электромагнитных полей и измеряет радиочастотные сигналы, испускаемые атомами водорода в образце. Различные виды метаболитов выявляются по их уникальным сигналам, которые информируют об их химическом окружении. ЯМР обнаруживает все сигналы от магнитных ядер в образце, что делает его беспристрастным универсальным методом. Двумерные ЯМР-эксперименты, которые могут идентифицировать как атомы водорода (H1), так и их непосредственно связанные атомы углерода (C13), предоставляют больше химической информации, давая уверенность в точности идентичности различных метаболитов в образце.

Молекулярные основы заболевания кораллов

В ходе исследования было идентифицировано 18 различных метаболитов и новая морфологическая форма у Porites compressa. Исследователи обнаружили, что опухоли аномалий роста имеют разные профили метаболитов по сравнению со здоровыми участками одной и той же колонии кораллов, и обнаружили определенные метаболиты и метаболические пути, которые могут быть важны для этих различий в профилях. Они также обнаружили, что потеря внутренней регуляции pH, по-видимому, ответственна за полые скелеты, которые являются характеристикой аномалий роста.

«Мы не только охарактеризовали новые аспекты физиологии аномалий роста, но также обнаружили пути-кандидаты, которые обеспечивают четкий путь для будущих исследований, направленных на дальнейшее понимание образования аномалий роста и метаболизма кораллов в целом», – сказал Шок.

По мере накопления исследований этого типа ученые представляют наращивают базу данных, которая могла бы собрать воедино информацию о метаболитах кораллов от нескольких видов кораллов в доступном для всех ученых месте.

Сотрудничество с другими исследователями в различных областях может улучшить понимание биологических воздействий этой болезни на колонии кораллов. «Мы собираемся узнать, какие виды толерантны, а какие чувствительны к стрессам, и физиологические адаптации или механизмы обоих типов будут важны для усилий по сохранению», – сказал Шок.

На данный момент исследователи надеются, что эти результаты будут полезны другим ученым, анализирующим виды кораллов, и в конечном итоге будут полезны для самих коралловых рифов, потенциально способствуя усилиям по их сохранению.

Эрик Р. Андерссон, Расти Д. Дэй, Тьерри М. Уорк, Пол Э. Андерсон, Шерил М. Вудли, Трейси Б. Шок. Выявление метаболических изменений, связанных с аномалиями роста кораллов, с помощью метаболомики 1H ЯМР. Коралловые рифы, 2021 год; DOI: 10.1007 / s00338-021-02125-7



Поделиться…

Все рецепты

Случайные рецепты

* *

Новые сообщения