Новий атлас ембріонів був створений на основі таймлапсів ембріонів рибок даніо, що розвиваються під мікроскопом. (Зображення: Royer Group, CZ Biohub San Francisco)
Приголомшливі нові психоделічні відео дають можливість побачити, як виглядають живі організми на перших етапах їх існування — і вченим знадобилися роки, щоб зафіксувати це.
Відео є частиною нового атласу ембріонів під назвою Zebrahub, який показує, де розташовані клітини та що вони роблять на різних стадіях розвитку. Атлас поєднує відео з високою роздільною здатністю про розвиток ембріонів із даними, які показують, які гени вмикаються на кожній стадії розвитку.
Атлас охоплює ембріони даніо реріо (Danio rerio), різновиду гольяна, який часто використовують у біологічних дослідженнях. Більшість генів дрібних риб мають близькі аналоги в людини, а основні компоненти клітин є загальними для хребетних гілок дерева життя.
Зебрахаб: новий погляд на біологію розвитку — YouTube
Дивитися
«На цих ранніх стадіях життя всі ембріони дуже схожі», — сказав Лоїк Ройер, один із розробників Zebrahub, керівник групи Organismal Architecture та директор із обробки зображень у Chan Zuckerberg Biohub у Сан-Франциско. «Форми, гени, молекулярні машини, які відповідають за роботу з побудови організму, — усе це дуже схоже».
Роєр є старшим автором нової статті, що описує Zebrahub, опублікованої в четвер (24 жовтня) в журналі Cell. Він сказав, що важко передбачити, які відкриття може зробити новий інструмент, але вивчення ембріонів інших форм життя може вирішити питання про те, як у людей виникають вроджені дефекти та інші вроджені розлади. Крім того, новий атлас може містити підказки, чому такі тварини, як рибки даніо, можуть відновлювати частини свого тіла після травми, але ми не можемо, припустив він. І це може виявити ключові відмінності між молодими та старіючими тканинами, що може допомогти пояснити, чому ми старіємо.
За своєю суттю Zebrahub зосереджується на одному центральному питанні. «По суті, це питання про те, як ми побудовані», — сказав Роєр Live Science. «Якщо ми не знаємо, як ми побудовані, як ми сподіваємося «відремонтувати» себе?»
Zebrahub є безкоштовним і пропонує інструменти, які допоможуть біологам переглядати та використовувати дані. Однак, щоб зібрати дані, Роєру та його колегам потрібно було розробити нові методи вивчення ембріонів рибок даніо.
Історично дослідження зосереджувалися на тому, де розташовані клітини в ембріоні, що розвивається, або на тому, які гени активні в певний момент. Щоб відстежити розташування клітин, вчені роблять багато знімків ембріонів під мікроскопом. Розробники Zebrahub створили новий мікроскоп, який пропускає тонкий лист світла через весь ембріон, генеруючи зображення по ходу. Ця техніка дозволяє уникнути впливу на ембріони жорстких лазерів, які можуть їм нашкодити.
Зображення 1 із 4
На цьому знімку показано клітини раннього ембріона рибки даніо. (Автор зображення: Royer Group, CZ Biohub San Francisco)
На цьому знімку показано клітини раннього ембріона рибки даніо. (Автор зображення: Royer Group, CZ Biohub San Francisco)
Це нерухомий кадр із покадрової зйомки клітин, що рухаються крізь ембріон рибки даніо. Ядра клітин відстежуються за допомогою нового програмного забезпечення під назвою Ultrack. (Автор зображення: Royer Group, CZ Biohub San Francisco)
Це візуалізація даних РНК, зібраних під час дослідження, що дозволило дослідникам відрізнити різні типи клітин одна від одної (список ліворуч). (Автор зображення: Royer Group, CZ Biohub San Francisco)
Команда використовувала свій мікроскоп, щоб зафіксувати проміжки часу ембріонів від моменту запліднення до приблизно 24 годин росту. (Рибки даніо вилуплюються приблизно через три-чотири дні після запліднення, тому на 1-й день органи вже починають формуватися.) Потім дослідники проаналізували ці проміжки часу за допомогою нового програмного забезпечення, призначеного для відстеження рухів кожної окремої клітини в 3D-просторі.
Історично, щоб відстежити, які гени в ембріоні включені, дослідникам доводилося «розплавляти» ембріони, перетворюючи їх на «суп», який потім може бути проаналізований машиною, пояснив Роєр. Проблема полягає в тому, що вам потрібно від 30 до 60 ембріонів, тому що перетворення їх на суп неминуче пошкоджує частину їхнього генетичного матеріалу, обмежуючи те, що залишилося для аналізу.
Розробники Zebrahub знайшли способи поводження з ембріонами дуже дбайливо, зберігаючи їх достатньо добре, щоб аналізувати лише один ембріон за раз. Вони дослідили понад 120 400 клітин 40 ембріонів і личинок рибок даніо віком від 10 годин до 10 днів. Вони секвенували всю клітинну РНК — молекулу, яка дозволяє клітинам виробляти білки з схем ДНК. Тоді ідентичність даної клітини можна визначити за її генною активністю.
На цьому рівні роздільної здатності вчені помітили типи клітин, які, як правило, пропускаються іншими методами, сказав Роєр. Наприклад, вони ідентифікували спеціальні стовбурові клітини — так звані нейромезодермальні клітини-попередники — і показали, що з часом вони перетворюються як на нервові, так і на м’язові клітини. Раніше вважалося, що клітини утворюють лише нерви.
Наразі дані в Zebrahub базуються на двох наборах ембріонів: один для таймлапсів і один для РНК. Тим не менш, ці набори даних можна порівняти, щоб дати вченим уявлення про те, як виглядає ембріон із увімкненням певних генів. З нетерпінням чекаючи вперед, Роєр і його колеги працюють над збором однакової інформації з одного набору ембріонів, щоб краще поєднати дані.
Тим часом інші групи вчених уже використовують Zebrahub як відправну точку для вивчення людських умов. Наприклад, одна група об’єднала Zebrahub зі своїми власними клітинними даними, щоб дослідити, які білки можуть викликати утворення катаракти в очах. Вони змогли побачити, коли різні гени вмикаються та вимикаються під час розвитку кришталика ока.
«Ми вивчаємо риб, тому що ми не можемо вивчати людські ембріони зі зрозумілих причин», — сказав Роєр. «Те, що ми дізнаємося від ембріонів, ми дізнаємося про себе — тому я вивчаю риб, тому що хочу вивчати себе».
Ви коли-небудь замислювалися, чому одні люди легше нарощують м’язи, ніж інші, або чому веснянки з’являються на сонці? Надсилайте нам свої запитання про те, як працює людський організм на community@livescience.com із темою «Health Desk Q», і ви можете побачити відповідь на своє запитання на веб-сайті!
Nicoletta Lanese Соціальні посилання NavigationChannel Editor, Health
Ніколетта Лейнез є редактором каналу охорони здоров’я в Live Science, а раніше була редактором новин і штатним автором сайту. Вона має диплом про наукову комунікацію Каліфорнійського університету в Санта-Крузі та дипломи з нейронаук і танцю в Університеті Флориди. Її роботи з’явилися в The Scientist, Science News, Mercury News, Mongabay і Stanford Medicine Magazine, серед інших видань. Перебуваючи в Нью-Йорку, вона також активно займається танцями та бере участь у роботі місцевих хореографів.
Sourse: www.livescience.com
