Обычно развитие эмбриона моделируют двумя способами: в виде облака точек, где каждая точка представляет собой отдельную клетку, перемещающуюся во времени; или в виде «пены», где отдельные клетки представлены в виде пузырьков, которые смещаются и скользят друг относительно друга, подобно пузырькам в пене для бритья. Вместо того чтобы выбирать между этими двумя подходами, исследователи из Массачусетского технологического института использовали оба, пишет MIT News.

Они объединили эти данные в один граф, что позволило выделить больше структурной информации, например, связь клеток друг с другом по мере развития эмбриона.

В основе новой модели лежит структура «двойного графа», которая представляет развивающийся эмбрион как движущиеся точки и пузырьки. С помощью этого двойного представления исследователи могут зафиксировать более детальные геометрические свойства отдельных клеток: расположение ядра клетки, соприкасается ли клетка с соседней клеткой и происходит ли ее складывание или деление в данный момент времени.

В качестве доказательства работоспособности концепции команда обучила вычислительную модель «исследовать» изменение отдельных клеток во время гаструляции плодовой мухи.

Затем они протестировали модель на новом видео с дрозофилой. Модель смогла с высокой точностью предсказать, как будут меняться каждую минут большая часть из 5000 клеток эмбриона мухи. В частности, модель прогнозировала свойства отдельных клеток, например, будут ли они складываться, делиться или продолжать делить ребро с соседней клеткой, с точностью около 90%.

«В итоге мы предсказываем не только то, произойдут ли эти изменения, но и когда, — сказал Го Мин, автор исследования. — Например, отделится ли эта клетка от той через семь минут или через восемь? Мы можем сказать, когда это произойдет».

Команда считает, что модель и метод двойного графа должны предсказывать развитие клеток в других многоклеточных системах, таких как более сложные виды, и даже в некоторых тканях и органах человека. Главный ограничивающий фактор здесь — доступность высококачественных видеоданных для обучения модели.

Американский стартап Syntax Bio представил технологию, способную сократить месяцы работы по созданию клеток до нескольких недель. Новая платформа Cellgorithm, основанная на CRISPR, программирует активацию генов в стволовых клетках, предлагая решение ключевых проблем клеточной биологии — низкой воспроизводимости и долгого срока разработки.