Культивирование и регенерация трихоплакса Trichoplax sp. H2 из фрагментов тела и агрегатов диссоциированных клеток: перспективы генетической модификации

Выполнены исследования на культивируемом в лаборатории простейшем многоклеточном животном Trichoplax sp. H2 с целью дальнейшей генетической модификации этого организма. Предлагается вводить генетическую информацию в суспензию клеток после диссоциации тела трихоплакса на отдельные клетки с последующей их агрегацией и регенерацией полученных агломератов в жизнеспособное животное. С этой целью мы исследовали динамику роста трихоплаксов в чашках Петри на матах из одноклеточной водоросли Tetraselmis marina. Особи были однородны на стадии экспоненциального роста. В экспериментах по посттравматической регенерации разрезали подопытных животных радиально и исследовали восстановление полученных частей под микроскопом. Оценивали интенсивность роста и размножения трихоплаксов на водорослевых матах — показатели, ухудшавшиеся по мере измельчения животных. Обнаружено, что утраченная часть тела трихоплакса замещается за счёт ремоделинга оставшихся клеток. После витальной окраски животных подвергали диссоциации на отдельные клетки в среде, лишённой двухвалентных катионов. Идентифицированы клетки грушевидной или округлой формы и клетки эпителия со жгутиками, которые сохраняли двигательную активность более 12 ч. Для количественной оценки популяции клеток с помощью проточной цитометрии пластинки трихоплаксов дезинтегрировали при добавлении 10 мкМ амлодипина. Показано, что трихоплакс размером 0,5–1,0 мм состоит примерно из 10 000 клеток. Обработка животных 10%-ным бычьим сывороточным альбумином (БСА) в течение различных промежутков времени свидетельствует в пользу существования тотипотентных клеток на периферии трихоплакса, вероятно в пояске пластинки. В экспериментах по репаративной регенерации удалось добиться диссоциации трихоплаксов на отдельные клетки при обработке 0,1%-ным БСА, а затем воссоздать живые организмы путём центрифугирования суспензии клеток и последующего диспергирования крупного осадка на фрагменты до 0,1 мм перед высевом многоклеточных агрегатов на питательные маты. Развитие этих агрегатов сопровождалось активными движениями клеток и эпителизацией поверхности, что приводило к увеличению клеточной массы, формированию пластинки, росту и дальнейшему вегетативному делению трихоплаксов. Предполагается, что пребывание экспериментальных животных на искусственной стадии одиночной клетки в ряду бесполых размножений позволит интродуцировать в трихоплакса чужеродную генетическую информацию, например с целью изучения сигнальных систем, организации и функционирования этого многоклеточного организма. Трансгенез, основанный на диссоциации тела животного на отдельные клетки, возможно, будет применим и к другим организмам, обладающим высоким регенеративным потенциалом.

Аннотация (alternative)

Trichoplax sp. H2, a simple multicellular animal cultivated in the laboratory, was studied with the aim of its further genetic modification. The idea here is to introduce genetic information into a cell suspension after dissociation of the Trichoplax body into single cells, followed by their aggregation and regeneration of the resulting agglomerates into a viable animal. 1. We analyzed the dynamics of the Trichoplax growth in Petri dishes on Tetraselmis marina algal mats. Specimens were uniform on the exponential growth stage. 2. Trichoplaxes were cut radially in a post-traumatic regeneration research, and the regeneration of the obtained parts was investigated under a microscope. Growth and reproduction rate of animals on nutrient mats were determined that decreased as the animals had been cut. The missing part of the Trichoplax body was replaced by remodeling of remaining cells. 3. The animals after a vital staining were dissociated into single cells in a medium with no divalent cations. Pear-shaped or rounded cells were identified, as well as epithelial cells with flagella maintaining motion activity for more than 12 hours. 4. Trichoplax plates were disintegrated in the presence of 10 μM amlodipine to quantify a cell population using flow cytometry. As estimated, Trichoplax (0.5–1 mm in size) consists of approximately 10,000 cells. 5. Treatment of animals with 10 % BSA (Bovine Serum Albumin) during various exposure intervals suggests a hypothesis on the existence of totipotent cells at the periphery of the Trichoplax body, probably in the rim. 6. In the course of reparative regeneration experiments, we achieved Trichoplax dissociation into single cells with 0.1 % BSA treatment and the following recreation of the viable organisms by centrifugation of a cell suspension and subsequent dispersion of a large pellet into fragments up to 0.1 mm prior to plating multicellular aggregates on nutrient mats. 7. The development of the aggregates was accompanied by active motion of cells and epithelialization of the surface, which resulted in cell growth, formation of a plate, and further vegetative division of Trichoplax. As assumed, the artificial stage of a single cell in a line of asexual reproductions allows to introduce foreign genetic information into Trichoplax, for example, in order to study the signal processing, organization, and functioning of this multicellular organism. Transgenesis, which is based on the dissociation of an animal body into single cells, could be applied to other organisms with high regenerative potential.

Ключевые слова

трихоплакс, пластинчатые, посттравматическая и репаративная регенерация, диссоциация и агрегация клеток, клеточная инженерия, методы трансгенеза

Библиографическое описание

Кузнецов А. В., Вайнер В. И., Волкова Ю. М., Цыганкова В. М., Бочко Д. Н., Муханов В. С. Культивирование и регенерация трихоплакса Trichoplax sp. H2 из фрагментов тела и агрегатов диссоциированных клеток: перспективы генетической модификации // Морской биологический журнал. 2022. Т. 7, № 3. С. 60-79. https://marine-biology.ru/mbj/article/view/353
https://repository.marine-research.ru/handle/299011/11981

URI

https://marine-biology.ru/mbj/article/view/353
https://repository.marine-research.ru/handle/299011/11981

Коллекции

Морской биологический журнал. - 2022. - Т. 7, № 3

Полная информация о материале