Znanstvenici su rekonstruirali rodoslovlje 1,28 milijuna stanica mišjeg embrija pomoću sustava koji tijekom razvoja ostavlja nasljedne oznake u DNK. Zapis je sezao od oplođene jajne stanice do kasne faze stvaranja organa, a omogućio je praćenje podrijetla stanica koje su se u međuvremenu razvile u različita tkiva.
U radu objavljenom 8. listopada u časopisu Science istraživači su povezali dvije vrste podataka: molekularne osobine pojedine stanice i trag njezinih prethodnih dioba. Tako su mogli usporediti što je stanica postala s time od koje je stanice potekla.
Takav zapis pomaže odgovoriti na jedno od temeljnih pitanja razvojne biologije: kako iz jedne stanice nastaju različita tkiva i organi. Promatranje završnog stanja embrija pokazuje koje su stanice prisutne, ali samo po sebi ne otkriva sve odnose među njihovim precima.
Nasljedni zapis umjesto niza snimaka
Sustav DNA Typewriter upisuje oznake u posebno pripremljen dio genoma. Stanice nastale diobom nasljeđuju postojeći zapis, kojem se mogu dodavati nove oznake. Zajednički dijelovi zapisa potom služe za prepoznavanje zajedničkog pretka.
Redoslijed je pritom ključan. Oznake se upisuju jedna za drugom, pa njihov položaj nosi informaciju o slijedu događaja. Prema ranije objavljenom opisu metode, sustav se oslanja na precizno uređivanje genoma poznato kao prime editing. Ono omogućuje umetanje unaprijed određenih kratkih zapisa bez prekidanja obiju niti DNK.
Time se smanjuje jedan od problema starijih sustava za praćenje staničnih linija: naknadna promjena genetske oznake može izbrisati dio prethodno pohranjene informacije. Uređeni niz omogućuje da se povijest stanice očita nakon što je razvoj već uznapredovao.
Metoda ipak nema neograničenu vremensku razlučivost. Brzina upisivanja oznaka utječe na to koliko se pojedinačnih događaja može razlikovati. Ako se oznake dodaju sporije nego što se stanice dijele, ne može se rekonstruirati svaka dioba. Potrebno je i uspješno ugraditi sastavnice sustava u početnu stanicu te poslije pouzdano očitati zapise.
Prve dvije stanice ostavile su različite tragove
U novom pokusu zapisivanje je trajalo 13,5 dana. Prema priopćenju Medicinskog fakulteta Sveučilišta Washington, istraživači su pokušali primijeniti sustav u 100 oplođenih jajnih stanica i dobili deset embrija za analizu. Najbogatiji zapis imao je treći embrij, na kojem se temeljila najopsežnija rekonstrukcija.
U njemu su se jasno razlikovale oznake dviju stanica nastalih prvom diobom. Jedna je dala više potomaka, ali udjeli različitih tipova stanica u potomstvu tih dviju početnih stanica bili su gotovo jednaki.
Rekonstruirano stablo pokazalo je i da se pojedina tkiva ne izdvajaju iz zajedničkih razvojnih linija istodobno. Stanice krvi i mrežnice odvojile su se razmjerno rano, dok je vanjski sloj kože svoju razvojnu liniju uspostavio poslije.
Istraživanje koje vode Jay Shendure sa Sveučilišta Washington i Chengxiang Qiu s koledža Dartmouth zasad se odnosi na mišji razvoj. Za usporedbu normalnog nastanka organa s razvojnim poremećajima trebat će takve zapise prikupiti u dodatnim embrijima. Poseban izazov ostaje razlikovati biološke razlike među njima od razlika koje nastaju pri ugradnji i očitavanju samog sustava.
