基底后生动物的免疫发展
珊瑚礁是地球上最重要的生态系统之一,因为它们支持广泛而多样化的有机体和人类活动。然而,遗憾的是,它们也是最脆弱的人之一。
珊瑚被归为珊瑚虫类,这是海葵共有的一个纲,由群居的小动物组成,它们聚在一起形成珊瑚礁。由于珊瑚组织中含有共生藻类,它们只能生活在“适居带”内,即水温适宜、藻类能接受足够的光进行光合作用并支持它们的珊瑚宿主的地方。由于海洋变暖,气候变化缩小了珊瑚可居住区域的面积,并造成了进一步的问题,包括海洋酸化和珊瑚疾病发病率增加。因此,由于白化(共生藻类离开它们的珊瑚宿主),世界各地的珊瑚礁正在消失。
我们必须想办法改善珊瑚的复原能力,以应对日益恶化的环境状况及其可能造成的一系列问题。Mauricio Rodriguez-Lanetty博士目前正在领导一个项目,研究珊瑚虫的免疫启动,并确定这些动物是否可以接种疫苗预防疾病。他的项目还将为高中生、本科生和研究生提供教育和研究经验,以激励下一代科学家。
珊瑚病
珊瑚不仅在视觉上非常吸引人,每年吸引成千上万的游客,它们还为当地居民提供许多服务。它们是鱼类的温床,支持渔业,并保护海岸线免受风暴的全面打击。它们也是数千种动物的家园,也是生物多样性极高的地区。因此,我们找到保护他们免受环境变化影响的方法是至关重要的。
珊瑚最近面临的一个问题是病原体的普遍存在,而气候变化加剧了这一问题。由于珊瑚的寿命很长(有些可以存活数百年),预计它们在一生中会遇到相同的病原体。因此,我们认为,珊瑚可通过反复低强度接触,增强对致病病原体的抵抗力。然而,这一科学领域的研究还非常缺乏。
海葵作为模型
为了进一步了解珊瑚的抗病能力,Rodriguez-Lanetty博士将海葵的免疫反应作为一个模型系统进行了研究。在实验室里培育海葵更容易,因为在那里它们也有共生藻类,并经历了白化,这使它们成为研究中珊瑚物种的合适替代品。
棕色的海葵,叫做Exaiptasia pallida,用于“职业生涯:探索基础美唑烷(Anthozoan)”计划中的免疫灌注。该物种在西部大西洋中发现,与加勒比海礁共享相同的水域。它可能会遇到与该地区的珊瑚相同的病原体,使其易于某些疾病,使其能够在这项研究中代替珊瑚。通过研究棕色银莲花属的免疫灌注,我们对Anthozoans的免疫防御过程的理解,以及基础美唑烷的免疫力的演变(在进化中早期分歧的物种并保持相对不变)将扩大。
研究表明,免疫启动可能在进化树中发展得更早
免疫启动
免疫启动是机体通过反复接触病原体而增强免疫反应的过程。这在更高级的物种中很常见,比如人类和其他脊椎动物,但研究表明,启动可能在进化树中发展得更早。
Rodriguez-Lanetty博士在其职业生涯计划的最初研究提案中假设,在亚致死状态下暴露于病原体可能会导致珊瑚虫建立一种防御反应,当它们未来再次遇到病原体时,将能够更有效地表达这种反应。
要确定是否是这种情况,棕色的海葵反复暴露在一起Vibrio Coralliilyticus.- 已知一种在珊瑚和海葵中引起发病率和漂白的细菌物种。结果发现,细菌暴露的三天可能被认为是“亚致死的”,并且暴露于病原体两次的天使更容易生存到它的未来遭遇,而不是那些天真的遇到。这是一个令人兴奋的发现,这表明学习了免疫应答,例如这不限于复杂的脊椎动物。因此,这已经开辟了许多门,以进一步研究阿雪罗甘蔗的免疫过程。
未暴露和暴露的海葵之间的蛋白质差异也被确定,这表明这种防御机制是在分子水平上控制的。所鉴定的蛋白质与其他生物体中与免疫反应相关的基因相似。其中一个特别类似于肌力性谷氨酸受体(iGluR),它与神经系统动物的神经递质有关,并且在暴露的海葵中很常见。再次,使用棕色海葵作为模型系统,鉴定了9个iGluR样基因,发现当动物暴露于病原体时,这些基因会发生变化。这是一个特别有趣的发现,因为它表明这些类型的受体比以前认为的更为广泛,它们起源于进化史早期的感知线索机制。
基于这些发现,未来的研究将评估宿主对重复接触传染因子的反应是否具有病原体特异性,以及共生微生物对免疫启动的反应。这些是令人兴奋的领域,将进一步提高我们对珊瑚虫抗病性的了解。
职业发展
激励后代是科学进程的重要组成部分。职业规划的一个重要组成部分是向从高中到研究生的学生提供服务,特别是向在科学领域代表性不足的少数族裔提供服务。这是非常重要的,因为它鼓励那些可能不会从事科学事业的人考虑进入这个领域。
两次接触病原体的海葵比那些对病原体不敏感的海葵更有可能在未来的接触中存活下来
到2050年,美国60%的人口增长预计将来自西班牙裔社区,然而,西班牙裔是最不可能接受高等教育的。因此,该方案的教育重点是吸引西班牙裔学生和其他少数民族学生。
Rodriguez-Lanetty博士开展了一个名为“Aventura scientifica”的夏季科学项目,希望能激励少数族裔高中生将科学研究作为一项职业。他的成功很大程度上归功于他在学校和课外活动中遇到的积极榜样。
Aventura Scientifica是在佛罗里达国际大学举办的为期四周的课程,将让高中生参与职业规划中的课程,提高他们对科学的信心和欣赏力。这对于确保所有背景的人都有机会提高他们对科学的兴趣并最终从事研究事业至关重要。它还将使下一代能够继续保护环境,这在未来几年将变得越来越重要。
常见问题
是什么首先激发了你对珊瑚的兴趣?
使用银音作为学习珊瑚的代理时必须考虑什么?
海葵的免疫反应与我们自身的免疫启动机制有多相似?
海葵和所有无脊椎动物都缺乏适应性免疫系统的细胞成分,如T细胞和B细胞(淋巴细胞),这导致了一种假设,即进化早期分化的无脊椎动物不具备培养或获得性免疫的能力。然而,我们最近的现象学发现,与昆虫的研究结果一致,揭示了海葵的防御系统显示出某种程度的获得性免疫,其机制尚不完全清楚。此外,海葵和人类有许多共同的第一道防线,即先天免疫系统。先天免疫系统由保守的病原体识别受体(PRRs)组成,能够感知和区分在许多感染性微生物病原体上发现的大量病原体相关分子模式(PAMPs)。
海葵和珊瑚遇到的病原体之间有很多交叉吗?
迄今为止,外联方案的成功程度如何?