Несмотря на многочисленные усилия на протяжении нескольких десятилетий, до сих пор не существует клеточных линий морских беспозвоночных, включая морских губок, которые являются источником тысяч новых химических веществ с фармацевтически значимыми свойствами. Поставка этих химикатов также является узким местом для разработки лекарственных препаратов, полученных из губки, потому что дикий урожай не является экологически устойчивым, а химический синтез затруднен из-за сложности многих биоактивных химических соединений.
Исследователи из океанографического института гавани Атлантического университета Флориды и сотрудники Университета Вагенингена в Нидерландах совершили прорыв в культуре клеток морских беспозвоночных (губок). Впервые они добились существенного увеличения как скорости, так и количества делений клеток. Они продемонстрировали, что питательная среда, оптимизированная для аминокислот, стимулирует быстрое деление клеток у девяти видов морских губок. Демонстрация исключительно быстрого деления клеток морских беспозвоночных (губок), а также способности исследователей субкультивировать клетки – это революционное открытие для морской биотехнологии.
Результаты исследования, опубликованные в Scientific Reports, показали, что самые быстро делящиеся клетки удваиваются менее чем за час. Культуры трех видов субкультивировали от трех до пяти раз, в среднем 5 раз.99 удвоений популяции после пересева, продолжительность жизни от 21 до 35 дней.
Эти результаты составляют основу для разработки моделей клеток морских беспозвоночных, чтобы лучше понять раннюю эволюцию животных, определить роль вторичных метаболитов и предсказать влияние изменения климата на экологию сообщества коралловых рифов.
Кроме того, клеточные линии губки можно использовать для увеличения производства химических веществ, полученных из губки, для клинических испытаний и для разработки новых лекарств для борьбы с раком и другими заболеваниями.
«Линии клеток губок можно использовать в качестве моделей, чтобы понять роль вторичных метаболитов в губках, использовать эту информацию для разработки новых моделей для открытия лекарств и для увеличения производства биоактивных соединений, полученных из губок, для новых лекарств», – сказала Ширли.
Помпони, доктор философии.D., старший автор и профессор-исследователь портового отделения FAU. «Клеточные линии обычных рифовых губок также могут быть использованы для количественной оценки воздействия изменения климата, такого как потепление и закисление океана, на поглощение растворенного органического материала, основного компонента« гипотезы губчатой петли »о круговороте углерода, и для проверки этой гипотезы. что коралловые рифы могут превратиться в губчатые рифы из-за изменения климата."
Губки (Phylum Porifera) являются одними из самых старых Metazoa и считаются критически важными для понимания эволюции и развития животных. Они являются ключевыми компонентами многих донных морских экосистем.
Существует более 9000 описанных видов, которые встречаются по всему миру, от приливной зоны до морских глубин. Среди самых старых многоклеточных животных губки выработали различные стратегии адаптации к разным условиям окружающей среды. Поскольку они сидячие во взрослом возрасте, они разработали сложные химические системы для общения, защиты от хищников, противообрастающие средства, чтобы предотвратить рост других организмов над ними и предотвратить заражение микробами, отфильтрованными из воды.
Эти химические вещества взаимодействуют с молекулами, которые сохранялись на протяжении всей эволюционной истории и участвуют в процессах болезней человека, например, в клеточном цикле, иммунных и воспалительных реакциях, а также в регуляции кальция и натрия.
В течение многих лет ученые из портового отделения FAU собирали необычные морские организмы – многие из них – из глубоководных мест обитания – которые являются источником новых природных продуктов. Большинство образцов поступают в основном из Атлантики и Карибского бассейна; другие прибыли из Галапагосских островов, западной части Тихого океана, Средиземноморья, Индо-Тихоокеанского региона, Западной Африки и Берингова моря.
Программа открытия лекарств FAU Harbour Branch ищет способы лечения рака поджелудочной железы и инфекционных заболеваний, и их ученые также сотрудничают с другими учеными, работающими над другими формами рака, малярии, туберкулеза, нейродегенеративных заболеваний и воспалений.
Соавторы исследования – Меган Конклинг, Ph.D., Портовый филиал FAU; Кайли Хесп, доктор философии.D., Биопроцессная инженерия, Университет и исследования Вагенингена, Вагенинген, Нидерланды, Нидерланды; Стефани Манро, доктор философии.D., Портовый филиал FAU и разработка биопроцессов, Университет Вагенингена и исследования; Кеннет Сандовал, Ph.D., Портовый филиал FAU и разработка биопроцессов, Университет Вагенингена и исследования; Дирк Э. Мартенс, к.D., Биопроцессная инженерия, Вагенингенский университет и исследования; Детмер Сипкема, Ph.D., Лаборатория микробиологии, Вагенингенский университет и исследования; Рене Х. Вейффельс, доктор философии.D., Биопроцессная инженерия, Университет и исследовательский центр Вагенингена, Факультет биологических наук и аквакультуры, Северный университет, Бодо, штат Северная Каролина, Норвегия.
Это исследование было поддержано грантом Европейского Союза Марии Кюри (ITN-2013-BluePharmTrain-607786) (Sipkema), Проектом Европейского Союза Horizon 2020 SponGES (соглашение о гранте №. 679848) (Сипкема, Помпони и Мартенс), Фонд океанографического института Харбор-Бранч, Программа специальных лицензий по аквакультуре и спасению наших морей (Помпони), и Национальное управление океанических и атмосферных исследований, Кооперативный институт изучения океана, исследований и технологий ( номер награды NA14OAR43202600) (Помпони).