Nova genetska mapa otkriva tajne razvoja embriona

Foto: Kiyoshi Takahase Segundo / Panthermedia / Profimedia

Pre više od 20 godina, nakon završenog projekta mapiranja ljudskog genoma, urađeno je sekvenciranje 20.000 ljudskih gena. Međutim, shvatanje kako se složeni organizmi razvijaju iz osnovnih genetskih instrukcija i dalje predstavlja veliki izazov za naučnike. Odgovori na ova pitanja su ključni za razumevanje kako se bolesti mogu razviti u najranijim fazama života.

Tim istraživača sa Univerziteta Kalifornija u San Dijegu, predvođen naučnicama Rebekom Grin i Karen Oegemom, postigao je značajan napredak koristeći jednostavni model organizma poznat kao Caenorhabditis elegans (C. elegans), mali valjkasti crv dužine jednog milimetra, piše Phys.org.

Preporučujemo

Ovaj organizam je idealan za istraživanje jer su mnogi aspekti njegovog ranog razvoja slični onima kod ljudi. Rezultati desetogodišnjeg istraživanja ovog tima objavljeni su u časopisu Cell kao deo sveobuhvatnog "genetskog pregleda".

- Karakterisanjem mnogih ovih slabo shvaćenih gena u jednostavnom model organizmu, možemo naučiti šta oni rade u složenijim sistemima poput ljudskog - kaže Rebeka Grin, autorka rada.

Dodaje da su mnogi analizirani geni prisutni kod ljudi, a mutacije u mnogima od njih povezane su sa ljudskim razvojnim poremećajima.  Istraživači su razvili sofisticirani automatski sistem za profilisanje funkcije gena potrebnih za embriogenezu, proces u kojem oplođena jajna ćelija, koja počinje kao jedna ćelija, razvija se u organizam sa različitim tkivima poput kože, digestivnog trakta, neurona i mišića.

Koristili su posebnu tehniku snimanja, poznatu kao četvorodimenzionalno snimanje ubrzanim protokom vremena, kako bi pratili funkciju svakog gena tokom svih faza razvoja embriona.

Uz pomoć tehnologije poznate kao "računarska vizija", tim je pratio različite aspekte razvoja, uključujući broj ćelija u svakom tkivu, kao i masu, položaj i oblik tkiva u razvijajućem organizmu. Ova razvijena tehnologija omogućava praćenje razvoja u realnom vremenu, pružajući detaljne uvide koji ranije nisu bili mogući. Interesantno je da ova tehnologija omogućava naučnicima da vide kako se embrion razvija na način koji ranije nije bio moguć, što je revolucionarno za ovo polje istraživanja.

Da bi razumeli funkciju skoro 500 gena važnih za razvoj embriona, istraživači su blokirali funkciju svakog gena pojedinačno. To im je omogućilo da grupišu gene prema njihovim ulogama. Rebeka Grin uporedila je ovaj proces sa automatskim prepoznavanjem lica, gde se slike sa sličnim karakteristikama grupišu zajedno. Analizom skoro 7.000 filmova embriogeneze, tim je uspeo da identifikuje specifične uloge gena, poput onih koji su potrebni za formiranje mišića ili kože.

Karen Oegema, vodeći autor rada, istakla je da su otkrili važne funkcije za mnoge gene koji su ranije smatrani nebitnim.

- Pokazujemo da naš pristup pravilno klasifikuje funkcije poznatih gena, identifikuje funkcije za slabo poznate gene i opisuje nove odnose između gena i bioloških puteva - rekla je Oegema.

Ovo otkriće moglo bi promeniti način na koji razumemo osnovne biološke procese i genetske poremećaje.

Jedan od najznačajnijih rezultata ovog istraživanja je PhenoBank, nova online baza podataka koja sadrži sve informacije prikupljene tokom istraživanja. Profesor Aršad Desai, koautor rada, rekao je da je pristup dao iznenađujuće uvide u specijalizaciju metaboličkih puteva tokom razvoja embriona i otkrio nove veze između različitih molekularnih mašina uključenih u regulaciju gena.  Istraživači sada rade na kompletiranju analize svih 2.000 gena C. elegans koji su povezani sa embriogenezom.

- Širok interes leži u pristupu razvijenom da se reši verovatno najizazovniji problem u biologiji: kako jedna ćelija sa genomom koji sadrži približno 20.000 gena može izgraditi ceo organizam - rekao je profesor Desai.

Ovaj pristup može otvoriti nove mogućnosti za istraživanje i lečenje različitih genetskih poremećaja.

(Telegraf Nauka / Phys.org)