Генетический штрих-код позволит узнать родословную каждой клетки
Logo
Cover

Ученые из Гарвардской медицинской школы (США) создали инструмент, способный облегчить изучение онтогенеза. Он основан на использовании генетических штрих-кодов, которые регистрируют деления и позволяют отследить родословную любой зрелой клетки.

414

Человеческая жизнь начинается с единственной клетки. Она дает начало двум новым, затем клеток становится четыре, потом восемь, пока к моменту рождения это число не достигает 26 млрд. Отследить путь от оплодотворенной яйцеклетки к целому организму — грандиозная задача, которой занимаются биологи развития. И теперь у них в руках появился новый мощный инструмент — генетическое штрих-кодирование.

Для создании генетического штрих-кода в ДНК внедряют нуклеотидную последовательность, которая кодирует так называемую гидовую РНК. Если добавить в клетку фермент Cas9, он распознает гРНК и разрежет соответствующую участок хромосомы.

Клетке под силу восстановить повреждение, но этот процесс сопровождается мутациями. Со временем в ее ДНК накопится уникальный набор ошибок, который расскажет об истории делений.

Разработка метода велась на подопытных грызунах. Ученые выбрали «мышь-основательницу», геном которой модифицировали таким образом, чтобы различные его участки производили 60 разных гРНК. Затем ее скрестили с модифицированными мышами, производившими Cas9. Вскоре после оплодотворения в зиготах запустился процесс накопления мутаций.

Мутации в ДНК соответствующим образом отражаются в гРНК, так что ее можно использовать как уникальный штрих-код. Содержащаяся в нем информация рассказывает не только о количестве делений, но и о родственных связях 10 млрд клеток, составляющих организм взрослой мыши. Дело в том, что каждая из них наследует часть ошибок от материнской клетки, а часть приобретает сама. Сравнив набор мутаций у разных клеток, можно определить их родословную.

По словам ученых, возможность записать историю развития каждой клетки — очень мощный инструмент, который станет серьезным подспорьем в исследовании онтогенеза. Если предыдущие методики можно сравнить с отдельными фотографиями, то новая скорее напоминает видеозапись.

Генетический штрих-код позволит достичь амбициозной цели — составить полное генеалогическое древо каждой клетки взрослого организма.

Чтобы достичь ее, потребуется упорная работа множества лабораторий по всему миру в течение нескольких лет. Однако результат будет того стоить, ведь он станет не только вкладом в фундаментальную науку, но и основой для лечения многих болезней, например, рака. 

Многие процессы, идущие внутри человеческих эмбрионов, остаются загадкой из-за запрета выращивать их в лаборатории дольше 14 дней. По мнению ряда экспертов, увеличив этот срок в два раза, можно достичь больших успехов в биологии и медицине.