SciTechDaily

ניקולס

מלפפון הים: התשובה של הטבע לאתגרים רפואיים מודרניים

Holothuria tubulosaמלפפון ים תיכון, הוקם כמודל אורגניזם חדש, המבטיח התקדמות במחקר גנטי ובמאמצי שימור.

מדענים משתמשים בקומץ של אורגניזמים מחקריים סטנדרטיים, כולל זבובי פירות ועכברים, כדי לחקור את ההתפתחות האבולוציונית (evo-devo) של שושלת בעלי חיים. הרחבת מגוון האורגניזמים המחקריים הללו משפרת את הבנתנו את החיים ומקדמת את הביו-רפואה והשימור האקולוגי.

במחקר שנערך לאחרונה, שפורסם ב גבולות בביולוגיה התפתחותית אבולוציוניתמדענים מהמעבדה הביולוגית הימית (MBL) ב-Woods Elven ו-Stazione Zoologica Anton Dohrn (SZS) בנאפולי, איטליה, הציגו את מלפפון הים מִין Holothuria tubulosa כאורגניזם מחקר חדש evo-devo.

יתרונות השימוש בכינודרמים

נמצא בים התיכון ובמזרח האוקיינוס ​​האטלנטי, Holothuria tubulosa שייך לקבוצת אכינודרמים, הכוללת קיפודי ים, כוכבי ים ודולרי חול. כמה מינים של אכינודרמים שימשו במחקרי התפתחות כבר למעלה ממאה שנה בשל עלות-תועלת שלהם, פוריות גבוהה, זחלים ברורים ולאחרונה, התאמתם למחקר גנטי.

"אכינודרמים הם הקרובים ביותר חסרי חוליות לבני אדם מבחינה גנטית, מה שאומר שיש לנו את רוב הגנים שלנו משותפים. אם אנחנו מבינים איך הגנים האלה מתפקדים בכינודרם, אז אנחנו יודעים גם איך הם מתפקדים בבני אדם", אמרה מרגריטה פרילו, מדענית מחקרית ב-MBL שהובילה את המחקר.

"למלפפונים ים יש גם תכונות וכישורים מיוחדים – כמו היותם מאכילי פיקדונות, המנקים את קרקעית האוקיינוס, והיכולת לחדש לחלוטין את כל גופם – שיכולים להיות שימושיים בשימור וביורפואה", הוסיפה.

זחל מלפפון ים

זחל מלפפון הים, Holothuria tubulosa, מראה גרעינים (ציאן) ואקטין (מגנטה). קרדיט: Perillo et al, Front. אקול. Evol. 2024

פרוטוקול להפקת תרבויות עובריות

הצעד הראשון בהקמה H. tubulosa כאורגניזם מחקרי היה לפתח פרוטוקול לייצור יעיל של תרביות עובריות במסגרת מעבדה. השיטות הקיימות, לרבות חיקוי מחזור הרבייה הטבעי של בעל החיים והשראת שחרור כל איברי החיה על ידי הוצאת הקרביים (התנהגות שמפגינים מלפפונים ים בדרך כלל כשהם מאוימים) היו מסובכות, לא יעילות, או שניהם.

כדי להתגבר על זה, הצוות בראשות Rossella Annunziata מ-SZS ו-Perillo פיתח טכניקה לא פולשנית לקצור שוב ושוב מספר קטן של גמטות (זרע וביצית) לאורך תקופה ארוכה. המיקרוכירורגיה כוללת חתך קטן ליד איברי הרבייה של מלפפון ים, המאפשר לשלוף אשכים או שחלות. החתך מתרפא במהירות ונותן לחוקרים את היכולת לקצור כל כמה ימים מאותה חיה.

מאחר שהביציות שנשלפו בטכניקה זו לא הגיעו להבשלה ואינן ניתנות להפריה, בשלב הבא החוקרים חושפים את השחלות שנקטפו לפפטיד סינטטי – Thioredoxin-2 פפטיד, הידוע כעובד במין אחר – כדי להפוך אותן לקלוטות לזרע. לאחר מכן הם מגדלים את הביצית המופרית בתרבית, שם היא מגיעה לשלב המטמורפוזה בעוד כשמונה שבועות.

פרילו מסביר, "הפרוטוקול שלנו מסיר צוואר בקבוק גדול שנשאר H. tubulosa משימוש כאורגניזם מחקרי ופותח את הדלת לעוד מדענים להשתמש בו".

מלפפון ים מוציא את איבריו

מלפפון הים Holothuria tubulosa מוציא את איבריו, כולל שחלות (כתומות). קרדיט: Perillo et al, Front. אקול. Evol. 2024

התקדמות וצפי עתיד

הצוות השתמש במיקרוסקופיה ברזולוציה גבוהה בשילוב עם אימונוהיסטוכימיה כדי לתעד את התפתחות הזחלים, תוך התמקדות במבנים הייחודיים שלהם. התיאור המפורט שלהם ישמש בסיס למחקרים עתידיים שמטרתם להשתמש במניפולציות גנטיות כדי לנתח התפתחות פונקציונלית ב H. tubulosa.

בנוסף, הם סיפקו דוגמה לאופן שבו מדענים יכולים להשתמש בזחלים של אכינודרם כדי לחקור את הגיוון של מבנים אנטומיים באורגניזמים קרובים. במקרה זה, הם השתמשו בצביעה חיסונית של סרוטונין כדי להראות כיצד המיקום של נוירוני סרוטונין שונה בין סוגי אכינודרמים. מדוע וכיצד מתרחשת הגיוון הזה היא שאלה פתוחה בביולוגיה של התפתחות אבולוציונית.

"מלפפון הים הוא בעל חיים מרתק וככל שאנו מבינים אותו טוב יותר, כך יש לו יותר ערך כאורגניזם מחקרי", אמר פרילו. "התוכנית שלי כעת היא לפתח כלים גנטיים שיעזרו לאפיין אותו כמודל השוואה מתהווה ב-evo-devo. במקביל, העבודה המשותפת הזו הניחה את הבסיס להקמת זן חדש של מלפפון ים כאן ב-MBL".

פרילו קיבלה מענקים של אורגניזמים מחקריים מתעוררים מהאגודה לביולוגיה התפתחותית כדי לתמוך בעבודתה ולהמשיך את לימודיה של H. tubulosa.

ניקולס