Организм новорожденного, когда он или она появляется на свет голым и кричащим, состоит из примерно 26 миллиардов клеток. Выяснение того, как это множество клеток получается из одной зиготы, остается одной из самых больших тайн в онтогенетике. Но исследователи из Института Висса в Гарвардском университете, возможно, наконец-то взломали код — благодаря новой методике использования технологии CRISPR для генерации генетического штрих-кода.
Обычно, когда биологи, специализирующиеся на исследованиях в этой области, хотят отслеживать эти процессы, им приходится контролировать каждую отдельную клетку кадр за кадром.
«Существующие методы позволяют отображать только моментальные снимки, потому что вы должны физически остановить процесс развития, чтобы увидеть, как клетки выглядят на каждом этапе – это почти как просмотр отдельных кадров кинофильма», — говорит ведущий автор исследования доктор Джордж Черч.
Напротив, метод CRISPR-Cas9, разработанный в Висс, действует как своего рода инструмент просмотра истории генетического развития. «Штрих-коды» получаются из специально разработанной последовательности ДНК, которая кодирует определенную молекулу РНК, называемую Homing RNA (hgRNA). HgRNA предназначена для привлечения ферментов Cas9 и, после того, как они отрезаются генетическими ножницами, hgRNA слегка мутирует. По сравнению с оригинальным форматированием hgRNA эти мутации служат учетной записью всех изменений, которые претерпела клетка.
«Этот метод записи штрих-кодов позволяет нам восстановить полную историю развития каждой зрелой клетки, которая похожа на воспроизведение полного движущегося изображения назад в реальном времени», — продолжил Черч.
Данное исследование уже помогло биологам получить представление о том, как развивается мозг мыши. Они обнаружили, что нейроны в левом полушарии имеют более тесные связи с нейронами прямо напротив них, чем с соседними нейронами в том же полушарии.
Это открытие может стать значительным прорывом в разработке новых методов лечения болезней, в том числе рака. Разработка «обещает экспоненциально увеличить наше понимание процесса, в котором из одной клетки формируется взрослое животное, — сказал основатель Висса доктор Дональд Ингбер. — Если применить это к моделям болезни, то можно получить совершенно новые сведения о том, как они развиваются».
Материалы исследования были опубликованы в среду в журнале Science.