Главная » 2018 » Апрель » 30 » Эмбриональное развитие разобрали по генам
20:09
Эмбриональное развитие разобрали по генам
Каждый человек, каждый зверь, птица, рыба, насекомое и т. д. происходят из одной-единственной клетки – оплодотворенной яйцеклетки, которая дает начало группе эмбриональных стволовых клеток. И хотя мы уже довольно много знаем об эмбриональном развитии, о том, как из микроскопической горстки стволовых клеток получаются сердце, легкие, мозг и т. д., все равно весь процесс многим кажется почти мистическим.

Конечно, биологи всегда говорили, что в клетках эмбриона постоянно происходит переключение генов, управляющих развитием, что в один момент времени работают одни гены, а в другой момент – другие, и что активность генов отличается у разных клеток.
 

Но проблема была в том, что довольно долго никто не представлял эмбриональную молекулярно-генетическую чехарду во всех подробностях, то есть какие именно гены когда именно и где именно работают. Оставалось только надеяться, что развитие научных методов позволит это когда-нибудь выяснить. И вот надежды сбылись.

В журнале Science вышло сразу три статьи, в которых на примере эмбрионов рыбы Danio rerio (полосатый данио) и шпорцевой лягушки подробно расписано, какие гены, где именно и когда именно работают (и лягушка, и полосатый данио – обычные модельные объекты в молекулярно-биологических экспериментах).

Как известно, генетическая информация из ДНК сначала копируется в молекулу РНК (точнее, в матричную РНК, потому что у РНК много разновидностей), а с РНК потом работают белок-синтезирующие машины. На активных генах синтезируется много РНК-копий, на неактивных – мало; значит, чтобы оценить генетическую активность в клетке, нужно сравнить в ней количество РНК от разных генов.

В последние годы биологи научились считать молекулы РНК в одной-единственной клетке – то, что нужно, если мы хотим узнать, как в эмбрионе клетки превращаются друг в друга. Исследователи из Гарварда семь раз брали зародыши рыб на ранних стадиях развития (начиная с 4 часов и до 24 часов после оплодотворения, когда в зародыше появляются зачатки органов) и разбирали их на отдельные клетки, и в каждой клетке читали последовательности РНК.
 

Кроме того, эмбрионы с самого начала снабжали особыми метками в виде кусочков ДНК с уникальными последовательностями – когда клетки делились, им доставались те или иные ДНК-метки, так что про каждую клетку можно было узнать, от кого она произошла. Всего пришлось проанализировать около 92 000 клеток; но в результате удалось понять, как меняется активность генов в клетках с разной родословной в течение первых суток эмбрионального развития.

В другом эксперименте те же зародыши рыб анализировали на еще более ранних этапах развития: каждые 45 минут в течение первых девяти часов жизни. Здесь цель была в том, чтобы выявить сходства и различия в активности генов между клетками из разных линий – задача весьма непростая, если учесть, что в первые часы жизни в зародыше рыбы появляются 25 типов клеток, и потребовавшая довольно изощренного компьютерного алгоритма.

Наконец, зародыши лягушки брали десять раз между пятью и двадцатью двумя часами после оплодотворения и также разбирали на клетки – тут РНК пришлось анализировать примерно у 137 000 клеток. Результаты принесли некоторые сюрпризы. Раньше считалось, что когда клетка выбирает тот или иной путь развития, она уже не может с него свернуть – то есть если запустилась «мышечная программа», то потомки такой клетки будут однозначно стремиться стать мышцей. Но в эмбрионах рыб были клетки, которые ухитрялись идти по какому-то срединному пути, будучи в состоянии переключаться с одной программы дифференцировки на другую.
 

С другой стороны, удалось выяснить, что еще на стадии совсем неоформленного зародыша, когда он представляет собой всего лишь клеточный пузырь, его клетки уже начинают определяться с собственным предназначением: например, в шарообразном раннем эмбрионе лягушки есть клетки, которые уже готовятся сформировать хвост головастика. И, конечно же, оба зародыша сравнили друг с другом.

Считается, что до определенного момента развитие у позвоночных животных идет схожим образом – и некоторые ключевые гены в обоих зародышах действительно работали одинаково. Однако различий обнаружилось все же больше, чем ожидали исследователи. Наконец, мутации, которые специально вносили в геном эмбрионов, приводили к тому, что зародыш лишался целой группы клеток – но притом другие клетки в нем работали нормально, хотя мутации должны были сказаться на них всех.

Однако в любом случае, какие бы сюрпризы ни поджидали бы биологов дальше, мы видим, что новые методы позволяют до конца разобраться в «мистике» эмбрионального развития – а чем больше мы будем здесь знать, тем раньше научимся предотвращать разнообразные врожденные пороки, многие из которых до сих пор остаются неизлечимыми заболеваниями.

Автор: Кирилл Стасевич
Категория: Открытия | Просмотров: 498 | Добавил: Pacak | Рейтинг: 5.0/3
Всего комментариев: 6
2
1  
Зарождение новой жизни выглядит точно так же, как и возникновение новой Вселенной.
Что если внутри каждого из нас на неведомом микроуровне тоже есть планеты и летают космические корабли... smile

2
3  
zvezdo4et...мы с тобой на одной волне! я тоже об этом давно размышляю.

2
2  
Познавательно! Главное, не навредить. А то, что есть надежда предотвратить врожденные аномалии-это хорошо.

3
4  
Кирил Стасевич наверное очень умный
Ничего не понял из статьи!

3
5  
Я тоже не до конца) Наверное не для среднего ума dry

2
6  
biggrin а учёные в пиджаках и галстуках специально так мозги запудрят, что и сами иногда путаются. Нельзя им пиджаки разрешать носить с галстуками biggrin biggrin biggrin biggrin biggrin

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]