Учёные сняли на плёнку развитие оплодотворённого яйца

Информация о перемещениях всех клеток зародыша дрозофилы во время его развития заняла уместилась в 11 терабайт.

Учёные до сих пор не знают, что происходит с эмбрионом во время его развития: при всех достижениях молекулярной и клеточной биологии это до сих пор остаётся фундаментальной тайной. По отдельности разные процессы можно изучить, но единой картины формирования организма из оплодотворённого яйца пока нет. Проблема имеет не только теоретический, но и вполне весомый практический аспект: многие заболевания, включая рак, начинаются с неполадок на эмбриональной стадии развития, а сам рак в известной степени вообще можно сравнить со «взбесившимся эмбрионом», у которого клетки как хотят, так и делятся.

В процессе эмбрионального развития клетки не только делятся и дифференцируются, они ещё и перемещаются по телу будущего зародыша. Главными модельными объектами, на которых исследователи пытаются всё это изучать, служат эмбрионы рыбы Danio rerio и мухи дрозофилы, а одним из основных методов — световая микроскопия. При этом, как легко понять, учёные пытаются построить динамическую трёхмерную карту зародыша, зафиксировать, куда и когда направляются клетки при его развитии. Но до сих пор микроскопия позволяла делать такую реконструкцию только из серии плоских изображений — непрерывной съёмки одной стороны зародыша или поочерёдной съёмки разных его сторон. Это не позволяет проследить все движения клеток: даже если мы переворачиваем зародыш в процессе наблюдения, всё равно уходит слишком много времени.

Исследователи из Института биомедицинских исследований Говарда Хьюза (США) предложили метод, который позволит проследить за всеми изменениями, случающимися с развивающимся яйцом. Они использовали одновременную съёмку с разных точек в одно и то же время. Хотя идея кажется лежащей на поверхности (достаточно сходить в кино), организовать такую съёмочную площадку в лаборатории оказалось серьёзным делом. Каждая клетка зародыша дрозофилы была помечена флюоресцентной меткой, а данные по поведению клеток в итоге заняли около 11 Тб.

Статья с подробным описанием метода должна выйти в журнале Nature Methods.

На сегодня накоплено огромное количество данных о работе генов и их взаимодействии во время эмбриогенеза. Теперь эту информацию можно будет подтвердить или опровергнуть, наблюдая своими глазами за развивающимся зародышем. До сих пор, по словам авторов работы, биология эмбриогенеза оставалась во многом качественной наукой: каждая мутация, с помощью которых исследователи выясняли работу генов, либо проявлялась на той или иной стадии развития зародыша, либо нет. А теперь можно будет больше узнать о количественном аспекте молекулярных закономерностей: ведь вполне может быть так, что пара-тройка клеток способны причинить немногим меньше вреда, чем сотни и тысячи направившихся не туда, куда надо.

Подготовлено по материалам Института биомедицинских исследований Говарда Хьюза.