Исследователи из Вашингтонского университета и других научных институтов разработали технологию «ДНК-пишущей машинки», позволяющую отслеживать историю деления клеток в эмбрионе мыши. Опубликованные 8 октября 2026 года результаты описывают развитие организма от зиготы до формирования органов, предоставляя беспрецедентную карту клеточных линий и процессов принятия решений клетками.
Технология «ДНК-пишущей машинки» и отслеживание эмбриогенеза
Система, названная «ДНК-пишущей машинкой» (DNA Typewriter), функционирует подобно записывающему устройству: при каждом делении клетки в ДНК вносятся последовательные генетические отметки. Эти метки наследуются дочерними клетками, создавая постоянный журнал событий.
«Думайте об этом как о настоящей пишущей машинке, только она пишет на собственной ДНК клетки, а не на бумаге. Каждый раз, когда клетка делится, она наносит один новый символ на следующую пустую строку — всегда по порядку, никогда не перезаписывая то, что уже есть».
Хэдон Ким, соавтор исследования
В отличие от предыдущих методов, которые использовали ферменты, разрезающие ДНК и часто повреждающие клетки, новая технология работает более щадящим образом. Исследователи внедрили систему в оплодотворенную яйцеклетку мыши, что позволило им реконструировать «генеалогическое древо» 1,28 миллиона клеток спустя 13,5 дней развития — примерно две трети срока беременности мыши. Данные, опубликованные в журнале Science, представляют собой самый масштабный на сегодняшний день анализ клеточных линий млекопитающих.
Создание технологии поддержали такие организации, как Чан Цукерберг Инициатива, Национальный фонд здравоохранения США, фонд исследований рака имени Дэймона Ранйона, премия Сирла, Дартмутский колледж, Швейцарский национальный научный фонд и Медицинский институт Говарда Хьюза. Работы проводились при участии Сиэтлского центра синтетической биологии, объединяющего Институт Аллена, медицинский факультет Вашингтонского университета и Biohub. В числе соавторов исследования также значатся Ци Ю и Софи Зайдель из вашингтонского университета и Сиэтлского центра синтетической биологии.
Различия в графике специализации клеток
Анализ полученной карты развития показал, что клетки принимают решение о своей специализации — например, станут ли они клетками крови, кожи или сетчатки — не одновременно. Исследователи обнаружили, что разные типы тканей следуют своим собственным расписаниям развития.
Например, клетки крови и сетчатки глаза определяются относительно рано, тогда как наружный слой кожи достигает своей окончательной специализации значительно позже. Это открытие опровергает представление о том, что судьба клеток определяется в ходе одного скоординированного процесса.
«Судьба клетки не была предопределена раз и навсегда. Разные типы клеток приходили к своей идентичности по собственным отдельным графикам, некоторые рано, а некоторые поздно».
Сравнительный анализ и параллельные исследования
Оба исследования подчеркивают, что современные методы позволяют изучать млекопитающих так же детально, как это делали в 1983 году с прозрачными нематодами Caenorhabditis elegans.
| Характеристика | DNA Typewriter (Science) | Альтернативный метод (Cell) |
|---|---|---|
| Технология | ДНК-запись | Прайм-редактирование |
| Объем данных | 1,28 млн клеток | Миллионы клеток |
| Основной фокус | История деления от зиготы | Динамика клеточных судеб |
Хотя работа проводилась на мышах, ученые отмечают, что подобные карты развития имеют долгосрочное значение для медицины. Понимание механизмов формирования органов может пролить свет на причины возникновения врожденных пороков развития, нейродегенеративных заболеваний и злокачественных новообразований, где аномальный рост клеток определяет развитие патологии.
Перспективы применения в медицине и биологии
Разработанные методы позволяют ученым изучать биологические процессы, которые ранее были скрыты внутри утробы матери. Как пояснил Джей Шендьюр, такие технологии позволяют проводить измерения во времени, включая условия, которые невозможно наблюдать напрямую. В будущем эти данные могут помочь в совершенствовании методов инженерии стволовых клеток, обеспечивая более точный контроль над тем, как именно клетки превращаются в специализированные ткани для терапевтических целей.
Продолжение темы
