Лента TH Новости Биоинженерия



От частного к общему

∴ 300

Ученые из MDC в Берлине вместе с исследователями из Мюнхена опубликовали в журнале Science полную картину развития клеток зрелого организма.

1479

Данный прорыв стал возможен благодаря сочетанию исследований в области РНК и вычислительным технологиям. Именно вычислительные технологии становятся краеугольным камнем современных исследований. Данная область привлекает как крупные компании (помимо их вовлеченности в криптовалюты), так и общественные проекты.

Дифференциация стволовых клеток на различные типы клеток в организме человека является загадкой современной медицинской науки. Междисциплинарная группа ученых из Центра молекулярной медицины им. Макса Дельбрюка (MDC) в Берлине и Центра Гельмгольца в Мюнхене добилась значительного прогресса в проведении всестороннего исследования, опубликованного в журнале Science. Объединив сложную одноклеточную РНК-технологию с секвенированием нуклеиновых кислот и вычислительные методы, ученые смогли установить подробный клеточный атлас всех клеток сложного взрослого организма. Этим организмом стал плоский червь Schmidtea mediterranea. Их работа также дает новое представление о процессах клеточной регенерации.

Это открывает двери для новых подходов к изучению клеточного состава органов, тканей и этапов развития, а также для понимания молекулярных механизмов регенерации.Профессор Берлинского института биомедицинских систем (BIMSB) Николаус Раевский. MDC и старший автор исследования.

Планарии, такие как Schmidtea mediterranea, являются популярными предметами исследования, потому что они бессмертны и могут полностью восстанавливаться, даже если их разрезать на кусочки. Они обладают большим количеством взрослых плюрипотентных стволовых клеток, которые постоянно обновляют все ткани и типы клеток.

Чтобы понять, как дифференцируются клетки, нам нужно сравнить профили экспрессии генов от клеток на разных стадиях дифференциации. Мы обследовали организмы и описали тысячи отдельных клеток, упорядочивая их проявление и генетическую структуру с транскриптами в РНК.Доктор Мирейа Пласс из MDC.

Ученые определили 37 различных типов клеток, 23 из которых были окончательно дифференцированы, а также многочисленные стволовые клетки и так называемые клетки-предшественники на нескольких уровнях дифференциации.

Затем мы применили новый вычислительный алгоритм PAGA, разработанный доктором Александром Вольфом и профессором Фабианом Тейсом в Мюнхене, чтобы предсказать дерево линий, которое включает все идентифицированные типы клеток, внедренные в единую группу стволовых клеток.Доктор Кристин Кокс из MDC.

Затем это предсказание было объединено с дополнительными вычислительными и экспериментальными методами для построения надежного дерева, поддерживаемого несколькими независимыми линиями доказательств. Формированию доказательной базы способствовали: секвенирование очищенных стволовых клеток и клеток что развились из данных стволовых клеток; изменения экспрессии генов; неконтролируемое предсказание дерева линий из PAGA; и результаты недавно опубликованного метода, velocityyto, который предсказывает будущие состояния клеток из метаболизма мРНК. Кроме того, исследователи смогли идентифицировать программы генов, вовлеченные в процессы дифференцировки клеток вдоль этого дерева.

Ученые также обнаружили несколько новых типов клеток, расположенных в паренхиме животных, которые ранее были замечены в молекулярных исследованиях и которые играют важную роль в регенерации плоских червей. Доля этих клеток значительно уменьшается у регенерирующих животных, что говорит о том, что эти клетки «подпитывают» процесс ремоделирования тела у планариев.

Теперь ученые во всем мире имеют непосредственный доступ к новым данным по биологии плоских червей, а также к методам, используемым командой исследователей.

Наша работа позволяет изучать клетки и их линии у нескольких видов животных. Это не только важный ресурс для планарного сообщества, но и предоставляет «кулинарную книгу» для других ученых, которые хотят проводить подобные исследования в других организмах.Доктор Хорди Солана, ранее работавший в MDC, а теперь в Оксфордском университете Брукса.

Через интерактивное приложение ученые могут ввести данные и посмотреть на изменения в экспрессии определенных генов во время дифференциации и регенерации клеток. Подробный онлайн-учебник по реконструкции генетической линии с использованием PAGA и velocyto станет руководством для будущих исследований.

Одноэлементные подходы станут незаменимым методом изучения биологии развития и регенерации.Николаус Раевский.

Филипп Дончев