«Мы хотим понять гибкость, с которой развиваются организмы», говорит Юнкер. Если повреждение происходит во время эмбрионального развития, например, из-за мутации или экологических влияний, механизмы ремонта гарантируют, что животное позже кажется здоровым. Только происхождение каждой клетки может рассказать правдивую историю – степень повреждения и механизма ремонта. Даже сердце взрослого данио-рерио может восстановить после травмы. «Действительно ли это – биологический повторяющийся процесс развития или является чем-то новое продолжение?» Юнкер задается вопросом. «И клетки изменяются и берут другие задачи?» Все же в других случаях, недостающий тип клетки ответственен за вызывание конкретной болезни.
В будущем исследователи будут в состоянии использовать деревья происхождения всех клеток, прослеживаемых с LINNAEUS, чтобы сформулировать новые гипотезы относительно вопросов, таких как они.Быстрое внесение исправлений вызывает случайное царапаниеТехника основана на шрамах в ДНК, которые взятый вместе работают как штрихкод, от которого может быть определено происхождение каждой клетки. В то время как эмбрионы данио-рерио все еще на стадии единственной клетки, команда Юнкера вводит систему CRISPR-Cas9.
За следующие восемь часов Cas9 неоднократно сокращают последовательность, в которой никогда не будет, конечно, нуждаться рыба: ген для красного флуоресцентного белка (RFP). Красный жар эмбриона постепенно исчезает, и тысячи различной формы шрамов на ранах ДНК. «CRISPR всегда делает сокращение в точном месте.
Но у клеток есть не больше, чем 15 минут, чтобы восстановить, прежде чем следующее клеточное деление произойдет», говорит Юнкер. «Внесение исправлений должно быть сделано быстро, таким образом, части хромосомы – вид склеенных. Это – то, где ошибки происходят.
Шрамы в ДНК имеют случайную длину, и их точное положение также варьируется». Дочерние клетки наследуют генетические шрамы во время клеточного деления. Клетки, происходящие от общего предка, могут таким образом быть определены их генетическими шрамами.
В то время как РНК единственной клетки, упорядочивающая карты тысячи клеток типом клетки, шрамы показывают миллионы связей между клетками. Восстановление деревьев происхождения от этой путаницы данных представило собой множество проблем. Некоторые шрамы, особенно вероятно, появятся. «Это опасно, потому что, если та же самая последовательность шрама создана и в сердце и в клетках головного мозга, можно было бы по ошибке предположить, что у них есть общий предок», говорит Юнкер.
Таким образом, мы должны были знать, каким последовательностям мы не могли доверять и фильтровать их». Кроме того, не все шрамы в клетке могут быть найдены, заявляют bioinformatician Bastiaan Spanjaard, один из ведущих авторов исследования. «Таким образом, мы разработали метод, способный к устранению разрывов в данных, которые позволяют нам построить деревья происхождения».
Увеличивание масштаб набора данныхКонечные результаты – деревья происхождения с красочными круговыми диаграммами, где отделения делятся.
Каждое подразделение – шрам и каждый цвет на шоу круговой диаграммы, на котором типе клетки это происходит. Исследователи могут увеличить масштаб этого компактного представления чрезвычайно большого набора данных в таком количестве деталей, как они хотят.«В сердце, например, есть два типа клетки, которые едва различимы.
Но деревья происхождения показывают, что их развитие отклоняется в различных направлениях очень вначале», говорит Юнкер. «Мы затем хотим видеть, где эти типы клетки происходят в сердцах рыбы. Это часто обеспечивает первый признак того, какую функцию они выполняют». Его лаборатория продолжает использовать данио-рерио в качестве образцового организма, но Юнкер также видит большой потенциал в применении техники к человеческому organoids.
Это могло в конечном счете помочь нам понять, какие мутации в пациенте наносят непоправимый урон деревьям последовательности клеточных поколений.