Veelbelovende resultaten in MSc onderzoek naar cryoconservering van genetisch materiaal zee-egels

Het Centrum voor Genetische Bronnen Nederland (CGN) beheert genenbankcollecties van verschillende diersoorten. Het invriezen van genetisch materiaal van een nieuwe diersoort wordt altijd voorafgegaan door onderzoek naar invriesmethoden. Daarnaast wordt gekeken naar het bevruchtend vermogen van het ingevroren materiaal, om invriesmethoden te valideren.

Het invriezen van genetisch materiaal (cryoconservering) kan bijdragen aan het behoud en herstel van populaties. Echter, over de mogelijkheden op het gebied van cryoconservering van ongewervelde aquatische soorten is nog weinig bekend. Samen met onderzoekers van het CGN heeft Isaac Vermeulen, MSc student mariene ecologie bij MAE, onderzocht wat de meest veelbelovende methode is om zaadcellen en embryo’s van de zee-egelsoort Diadema antillarum in te vriezen.

Cruciale soort voor Caribische koraalriffen

“De zee-egel Diadema antillarum speelt als herbivore grazer een belangrijke ecologische rol in het behoud van Caribische koraalriffen,” zegt Isaac. “Ze voeden zich voornamelijk met algen en plantaardig materiaal en voorkomen zo dat riffen overwoekerd raken en koralen zich niet kunnen vestigen. Momenteel gaat het echter niet goed met de Diadema antillarum-populaties: in de jaren ’80 van de vorige eeuw verspreidde een nieuwe ziekte zich vanaf de kust van Panama via waterstromen door het hele Caribische gebied, waardoor tot 98% van de populatie zee-egels werd uitgeroeid en het hele ecosysteem uit balans raakte. Dit is catastrofaal voor de koraalriffen, die al erg onder druk staan door klimaatverandering, overbevissing van herbivore vissen, orkanen en eutrofiëring (een overaanbod aan voedingsstoffen, red.).”

Tot op heden is het herstel van de populaties zeer traag tot niet-bestaand. In 2022 vond er zelfs een tweede massasterfte plaats, veroorzaakt door ziekteverwekkende trilhaardiertjes. Cryoconservering van genetisch materiaal van de Diadema antillarum is belangrijk omdat het kan bijdragen aan het behoud en herstel van de populaties, en daarmee het gezond functioneren van de koraalriffen. “Bovendien vergemakkelijkt het de aquacultuur van zee-egels, aangezien we in het Caribische lab in Wageningen maanden hebben moeten wachten voordat mannetjes en vrouwtjes simultaan gameten (geslachtscellen, red.) wilden loslaten,’’ aldus Isaac.

Isaac focuste zich tijdens zijn onderzoek specifiek op zaadcellen en embryo’s: “Eicellen van zee-egels hebben een hoog vetgehalte, waardoor het lastig is om ze in te vriezen.” Isaac en de onderzoekers van het CGN testten verschillende cryoprotectanten (stoffen die worden gebruikt om biologische materialen te beschermen tegen bevriezingsschade, red.) in wisselende concentraties. Ook testten ze verschillende invriesmethoden om te zien met welke methode de beste resultaten werden behaald.

Resultaten

Het invriezen van de embryo’s bleek helaas geen succes: “We weten niet precies waarom de embryo’s het niet hebben gehaald,” zegt Isaac, “maar het zou kunnen dat we ze te traag hebben ingevroren, of op een te warme temperatuur hebben ontdooid.” Van de niet-ingevroren embryo’s in de controle-kweek heeft 82% zich ontwikkeld tot larve.

De experimenten met de zaadcellen waren wel succesvol: overlevingspercentages van 55% na invriezen werden gehaald met 15% dimethylsulfoxide (DMSO) – dit was de hoogst geteste concentratie – als cryoprotectant. Opvallend is dat ook bij de twee andere geteste stoffen, ethyleenglycol (EG) en propyleenglycol, de hoogste concentratie de meeste overleving gaf.

“Daarentegen was de motiliteit (beweeglijkheid, red.) van de zaadcellen na invriezen erg laag,” zegt Isaac. “Agnes (de Wit, red.) stelde voor om een invriesmedium met een hoger zoutgehalte te gebruiken, en dat bleek te helpen: in onze toxiciteitstest (zonder invriezen) nam de motiliteit bij 5% DMSO toe van minder dan 5 procent tot meer dan 60 procent!” Deze resultaten tonen aan dat er een evenwicht lijkt te bestaan tussen toxiciteit (motiliteit) enerzijds en cryobescherming (overleving) anderzijds van de cryoprotectanten. “De middelste concentratie van 10% DMSO lijkt dus een ideaal optimum te zijn,” aldus Isaac.

Isaac’s onderzoek is een bemoedigende stap in de richting van een invriesprotocol waarmee succesvol gebruik van het genetisch materiaal van de Diadema antillarum in de toekomst kan worden gegarandeerd.