Учёные из WEHI пролили новый свет на одну из самых фундаментальных загадок биологии: как клетки делятся и образуют сложные структуры, из которых состоят наши тела.
Исследование привело к созданию передовой технологии для отслеживания клеток на очень ранних стадиях развития эмбриона, когда они делятся, мигрируют и специализируются, формируя органы, ткани и системы, которые поддерживают в нас жизнь.
Инновационная технология, получившая название LoxCode, предоставляет каждой клетке генетически модифицированной мыши один из миллиардов индивидуальных ДНК-штрихкодов, что позволяет отслеживать их с беспрецедентной детализацией.
Опубликовано в журнале Cell, исследование открывает новые горизонты для учёных по всему миру, чтобы лучше понять, как мы растём, исцеляемся и боремся с инфекциями. Статья озаглавлена «LoxCode in vivo barcoding reveals epiblast clonal fate bias to fetal organs».
Поразительно представить, что каждый человек начинается с одной клетки-основателя, называемой зиготой. Из этой единственной клетки образуются специализированные клетки, формирующие всё: от кожи и мозга до крови и костей. То, как клетки решают, чем им стать, и как они связаны друг с другом, долгое время оставалось научной загадкой.
Определение того, какими станут клетки, важно не только для понимания нормального развития, но и для выявления того, когда и почему что-то идёт не так, приводя к заболеваниям и нарушениям.
Ведущий исследователь, профессор Шалин Найк, сказал, что новая технология, которая уже используется во многих лабораториях по всему миру, позволяет учёным отслеживать конечную судьбу клеток на очень ранних стадиях развития эмбриона.
«Когда жизнь представляет собой шар всего из нескольких сотен клеток, мы обнаружили, что некоторые клетки могут индивидуально давать начало каждой ткани в организме, в то время как другие уже обречены стать определённым типом ткани, таким как мозг, кишечник, конечности или кровь», — сказал профессор Найк, руководитель лаборатории WEHI.
«Что меня больше всего воодушевляет, так это взрыв исследований, который обеспечивает LoxCode — не каждый день создаёшь инструмент, который широко используется и способен изменить наше понимание того, как работают наши тела, на самом глубоком уровне».
Автор исследования и изобретатель LoxCode доктор Том Вебер сказал, что технология похожа на тасование и раздачу колоды карт, но на уровне ДНК. «С помощью LoxCode каждой клетке раздают уникальную комбинацию, которая наследуется её потомками, формирующими организм. Это создаёт отслеживаемый штрихкод, позволяя нам заглянуть внутрь этого фундаментального процесса с беспрецедентной детализацией», — сказал доктор Вебер.
Позволяя отслеживать клетки до их клеток-предков, LoxCode указывает на будущее, в котором можно будет раскрыть ранние корни нарушений развития.
В рамках исследования исследовательская группа разработала генетически модифицированную модель мыши, которая позволяет кодировать клетки и анализировать их с помощью общедоступных технологий секвенирования ДНК.
LoxCode станет переломным моментом в биомедицинских исследованиях и исследованиях в области развития, позволяя генерировать до 30 миллиардов случайных ДНК-штрихкодов по запросу внутри тканей живой мыши — это в десятки тысяч раз больше, чем у существующих технологий.
Многочисленные проекты по всему миру в настоящее время используют эту модель для изучения широкого спектра исследовательских вопросов: от развития мозга и поведения иммунных клеток до того, как органы растут и ткани регенерируют после инсульта.
Доктор Вебер применил свои знания в области физики, синтетической биологии и математики для оптимизации конструкции последовательности LoxCode, которая создаёт разнообразие более чем из 30 миллиардов штрихкодов всего из 13 небольших фрагментов ДНК.
«LoxCode — это, по сути, тест ДНК-родословной для каждой клетки в каждой ткани мыши, который позволяет исследователям исследовать и разгадывать некоторые из величайших загадок жизни», — сказал он.
Предоставлено Walter and Eliza Hall Institute.