: 28.12.2018
ТОП-10 от Science: изучаем эмбриональные гены – дирижеры роста и развития организма
Одним из главных научных прорывов 2018 г. по версии авторитетного научного журнала Science были признаны исследования эмбриональных генов. За что им такая честь? С давних времен ученые, да и не только они, пытались разгадать, как из одной клетки – буквально «из ничего», вырастает сложный организм. Сейчас мы знаем, что формированием растущего эмбриона управляет клеточная ДНК, в которой, как в музыкальной партитуре, прописано, когда и какой «инструмент» должен подать свой голос в общей симфонии развития. Но все же полного понимания, как идут эти процессы в каждой клетке, пока нет. Однако в 2018 г. в исследованиях эмбриональных генов случился настоящий бум, дающий надежду на стремительный прогресс в этой области
Как известно, после оплодотворения яйцеклетка начинает делиться с образованием дочерних клеток, причем этот процесс повторяется многократно. Новые клетки начинают приобретать определенные черты – дифференцироваться в те или иные типы, формируются ткани и органы эмбриона... Стараясь воспроизвести эту тайну жизни искусственно, вырастить «в пробирке» даже не целый организм, а ткань или орган, исследователи сталкиваются со множеством трудностей и зачастую терпят поражение.
Между тем эта проблема, помимо научного интереса, имеет практическое значение: было бы очень полезно научиться выращивать из собственных клеток пациента органы для трансплантации. Чтобы добиться этого, нужно досконально понять, как в живом организме работает сложнейшая система взаимодействия сотен тысяч генов, включая регуляторные последовательности, которые сами не кодируют тот или иной белок, но способны усиливать или ослаблять ход синтетических и метаболических процессов.
В последние годы ученые оптимизировали под эту задачу ряд молекулярно-биологических методик. Так, выделяя из развивающегося эмбриона отдельные клетки и секвенируя (определяя последовательности) в них молекул РНК, они получают как бы «моментальные снимки» активности генов в конкретные периоды развития.
Чтобы изучить, как клетки взаимодействуют между собой, как происходит формирование тех или иных тканей, можно на ранних стадиях эмбрионального развития вводить в клетки флуоресцентные метки или маркерные мутации, используя технику редактирования генов CRISPR. Такие метки будут передаваться от родительских эмбриональных клеток их потомкам, что позволит следить за динамикой процесса.
Используя комбинацию этих методик, можно наблюдать, как что происходит во всех клетках растущего организма в каждый момент времени на генетическом и структурном уровне.
РНК-секвенирование отдельных клеток было освоено не вчера, но только в 2017 г. сразу две группы ученых смогли применить его в достаточно больших масштабах. Была измерена активность 6–8 тыс. генов в 1,3 тыс. эмбриональных клеток плодовой мушки дрозофилы и исследована активность генов в 50 тыс. клеток одной из личиночных стадий круглого червя Caenorhabditis elegans. В результате этих работ были получены новые данные о регуляции эмбрионального развития этих организмов.
В 2018 г. число подобных работ резко увеличилось. Используя сложные вычислительные методы, исследователи получают «объемные» картины, связывая между собой данные, относящиеся к разным стадиям развития. К тому же объектами исследования стали сложные организмы – позвоночные (рыбы и лягушки), а также ткани и органоиды человека.
Важность этих работ в том, что можно исследовать не только нормальные, но и патологические варианты развития, чтобы понять, где и когда происходит «поломка» и научиться ее «чинить». Метод взяли на вооружение и ученые, исследующие процессы регенерации на таких объектах, как планарии, плоские черви, которые умеют вырастить себе новое тело из крошечного кусочка старого. Еще один модельный объект – аксолотли, относящиеся к саламандрам: ученые пытаются понять, как удается зрелым тканям этих животных возвращаться при повреждении в «эмбриональное» состояние, а затем «перепрограммироваться», чтобы вырастить новую конечность или хвост.
Иногда приходится слышать сожаления, что Нобелевские премии и другие награды за научную деятельность все чаще присуждают не за открытия в смысле установления неизвестных ранее фундаментальных закономерностей, а за разработку технологий, пусть важных и нужных, но которые не приносят ничего принципиально нового в наши знания о мире. В данном же случае научным прорывом признали даже не создание новой технологии, а «доводку» уже имеющихся методов до уровня, когда их можно использовать для решения конкретных задач. Однако результаты их практического приложения должны оказаться по-настоящему прорывными.
Фото: https://pixabay.com
Подготовила Мария Перепечаева
: 28.12.2018 
