Исследователи из знаменитного немецкого научного города Хайдельберг (организация EMBL Heidelberg) и их коллеги из Падуанского медицинского университета впервые максимально полно описали процесс развития эмбриона, описывая буквально каждую клетку.
Проект "виртуального эмбриона" способен показать, как разные типы клеток во время эмбриогенеза могут происходить от одной единственной родоначальной клетки. Работа опубликована в авторитетном журнале Cell 20 апреля.
"Насколько много разных типов клеток появляется в организме во время эмбриогенеза из всего одной-единственной? Это один из самых фундаментальных вопросов биологии", – рассказывает лидер научной группы Pierre Neveu, работавший в коллаборации с итальянскими коллегами под руководством Lars Hufnagel.
"Отвечая на этот вопрос, крайне важно понимать как формируются многоклеточные организмы. Исследование механизмов развития клеточного и генетического разнообразия, а также всего эмбриона как организма в целом – действительно сложная задача. До недавнего момента у нас было не так много глубокого понимания программы экспрессии генов, ведь именно они "инструктируют" клетки в вопросах формирования эмбриона. Но даже после серьезных открытий в этой области, полная презентация эмбриогенеза с точки зрения каждой клетки в каждый момент времени и пространства не была доступна. До настоящего момента".
Исследователи из EMBL решили эту проблему при помощи создания "виртуального эмбриона" животного Phallusia mammillata, подтипа хордовых, Оболочников, или личиночнохордовых. Они проживают в Средиземном море и Атлантическом океане. Такой выбор был обусловлен тем, что это животное относится именно к хордовым, а все его представители обладают одинаковым количеством клеток, что упрощает задачу изучения эмбриогенеза на сразу многих особях.
Виртуальный эмбрион описывает экспрессию генов и морфологию каждой клетки эмбриона при каждом делении на ранних стадиях развития. Это демонстрирует эволюцию одной-единственной клетки на 64 этапах. После первых 7 делений, судьба будущей нервной хорды, мозга, зародышевых клеток и предшественников клеток крови и мышц уже предрешена. При этом процесс описывается не только морфологически, но и с экспрессией различных генов.
Для реализации этого атласа, исследователи комбинировали технологии клеточной транскриптомики выского разрешения и световой флуоресцентной микроскопии.
Данная работа сделала большой шаг в биологии развития и геномике. Успех проекта на первом, относительно простом, организме позволяет двигаться дальше – к млекопитающим, количество клеток которых значительно превышает таковое у оболочников. С нетерпением ждем виртуального эмбриона человека.