Учёные
изобрели нечто вроде "видеоплёнки" на основе ДНК, которая позволяет
досконально изучить "родословную" каждой клетки в организме. По мнению
исследователей, такая методика позволит совершить прорывы в понимании
того, как триллионы самых разных клеток в теле человека происходят всего
лишь из одной единственной яйцеклетки, появившейся в чреве матери.
Биологи отмечают, что новая техника
имеет огромный потенциал для обеспечения глубокого понимания того, как и
по каким причинам нормальные ткани превращаются в повреждённые или
больные.
Напомним, что человеческое тело включает
в себя порядка 40 триллионов клеток, каждая из которых обладает
высокоспециализированной функцией. И каждая ведёт свою историю от одной
отправной точки – оплодотворённой яйцеклетки.
Биология развития среди
прочего занимается тем, что пытается выяснить, как генетический код
меняется на каждом цикле деления клеток. Ведь для полноты картины учёным
необходимо знать клеточную историю каждой клетки.
Многое изменилось в понимании развития клеток с появлением и развитием такой технологии редактирования генов как CRISPR. Этот метод позволяет исследователям "отредактировать" ДНК прямо в живых организмах.
В данном случае исследователи применили
технологию CRISPR для того, чтобы внести некоторые изменения в ДНК
(нанести на двойную цепочку своего рода штрих-код, состоящий из
удалённых и внедрённых фрагментов кода).
Первичные изменения были внесены учёными
на стадии одноклеточного эмбриона рыбки данио-рерио (классическом
лабораторном организме). Затем, по мере деления клеток, "штрих-коды"
стали дублироваться в "дочерних" клетках. Когда рыбы выросли,
исследователи собрали их органы, выделили ДНК из 200 тысяч полученных
клеток и изучили их.
В общей сложности в этом массиве клеток
биологи обнаружили порядка 1000 различных "штрих-кодов". По различиям в
них можно было понять, насколько давно две клетки разошлись на
"эволюционном древе" организма (каждая ветвь на таком дереве является
каким-то одним органом или тканью со своей специализацией), и из какой
линии клеток они произошли. То есть благодаря "штрих-коду" учёные смогли
определить генетическую родословную клеток.
Биолог Джеймс Бриско (James Briscoe) называет этот процесс "творческим и увлекательным использованием техники CRISPR".
В итоге группа, работающая под руководством профессора Джея Шендура (Jay Shendure) из Университета Вашингтона в Сиэтле и Алекса Шира (Alex Schier) из Гарвардского университета, показала, что такая методика имеет все шансы изменить представление о биологии развития.
Как рассказывает профессор Шендур,
настоящим сюрпризом для самих учёных стало то, что большинство клеток
органов происходят из небольшого количества прогениторных клеток.
В большинстве органов больше половины клеток несли по семь
"штрих-кодов". При этом в каждом органе, кроме мозга, учёные находили
всего 25 различных "штрих-кодов" в 90% клеток.
"Это поразительно, что "штрих-код",
найденный в одних клетках органа, редко встречается в других", — говорит
Джеймс Бриско. Данное наблюдение так удивило учёных, потому что на
первых этапах развития жизни клетки в эмбрионе являются довольно
мобильными (легко мигрируют) и, как можно было бы ожидать, легко идут на
"смешивание".
Но в итоге становится понятно, почему
"клетки-основатели" составляют столь малую часть от всего разнообразия
исходных клеток. Может быть изначально (на ранних этапах эмбрионального
развития) существует много "клеток-основателей" из разных линий, но
большинство этих линий отмирает, когда ткани развиваются, отмечает
Бриско.
Дальнейшие эксперименты с использованием новой методики могут раскрыть новые подробности развития жизни на первых порах. Кроме того, применение этой методики не должно ограничиваться, по мнению специалистов, изучением здоровых организмов.
"Рак появляется в ходе роста тех же "родословных", — говорит
в интервью BBC Алекс Шир. – Наш метод может быть использован для
отслеживания этих линий в течение формирования заболевания. Новый способ
позволит судить о взаимосвязи клеток внутри опухоли, и между
составляющими первичной опухоли и вторичной, а также формируемыми
метастазами".
Новая техника чтения родословной линии
клеток получила название GESTALT (genome editing of synthetic target
arrays for lineage tracing). Описание методики и результаты нынешнего
исследования опубликованы в научном издании Science.
