Эмбриологическими исследовательскими работами в каком-то смысле занимался даже Аристотель, изучавший развитие птичьих яиц. И хотя современная теория личного развития сформировалась только в конце XIX века, конкретно двум тыщам лет истории эмбриологии мы должны всеполноценными «научными» ответами на когда-то «философские» (в худшем смысле этого слова) вопросы о зарождении жизни.
Благодаря зародышам мы узнали о существовании программируемой клеточной смерти и направленной передвижения.
Верхушкой же практического внедрения этой науки, невзирая на бессчетные этические протесты, стало экстракорпоральное оплодотворение и выделение эмбриональных стволовых клеток.
Переход эмбриологии на новый шаг развития всякий раз был связан конкретно с техническим оснащением лаборатории. Поначалу совместно с термостатируемыми столиками появилась возможность следить развитие прямо под микроскопом. Позже на замену карандашу, которым воспользовался ещё нобелевский лауреат 2002 года по физиологии и медицине Джон Салстон, пришли фото- и камеры – поначалу аналоговые, а позже и цифровые. В конце концов, на замену обыкновенному рассеянию света пришла флуоресценция, микроманипуляторы сделали вероятным внедрение ядер в клеточки, а вирусные «векторы» – отдельных генов в находящиеся в ядрах ДНК.
Объединив всё вышесказанное и помножив на немецкую скрупулезность, Филипп Келлер и его коллеги смогли проследить за каждой клеткой, развивающейся из единственной зиготы модельной рыбки данио (Danio rerio) до состояния эмбриона из 20 тыщ клеток – за их возникновением, перемещением и делением.
Так как в своём эмбриональном развитии люди также проходят стадии, надлежащие своим эволюционным предшествиям («онтогенез повторяет филогенез» по формулировке Геккеля), приобретенные результаты имеют некое отношение и к возникновению человека.
Естественно, подобного рода пробы предпринимались и до нынешнего денька. К примеру, любимчик генетиков круглый червяк Caenorhabditis elegans прозрачен, неприхотлив исходя из убеждений критерий и питания, и его зародыши отлично развиваются в лаборатории. Но одно дело 671 довольно большая клетка червяка за весь период наблюдения, и совершенно другое – тыщи наименьших по размеру клеток позвоночных, образующихся уже на первых часах развития.
Сейчас представьте, что границы живого зародыша и так неразличимы даже на большенном увеличении микроскопа, так что о наблюдении отдельных клеток без окрашивания и гласить не приходится.
Здесь на помощь Келлеру, как и его бессчетным сотрудникам в течение последнего десятилетия, пришёл ставший в прошлую среду «нобелевским» зеленоватый флуоресцирующий белок, GFP.
Ученые воткнули кодирующий его ген в зародыш данио, когда тот находился еще на одноклеточной стадии. Все клетки-потомки «икринки» тоже синтезировали белок, при этом размещался он только в области ядра, что позволяло просто различать отдельные клеточки и даже выслеживать деления.
На теоретическом уровне следить все это можно в обыденный флуоресцентный либо конфокальный микроскоп, но вот разрешающая способность, ну и способность выслеживать динамику событий все равно остается недостаточной. Не считая того, конфокальный микроскоп, например, просит довольно высочайшей плотности световой энергии в исследуемой точке, которая может привести к повреждению клеток.
Создателям публикации в Science пришлось изобрести более подходящий для собственной цели метод, при этом не только лишь в микроскопии, да и в обработке изображений.
За счет «возбуждающих» лазерных лучей, двигающихся как горизонтально, так и вертикально, ученые смогли достигнуть не только лишь высочайшей разрешающей возможности по всем трем осям, да и большей скорости сканирования. В среднем аппарат «анализировал» за секунду 63 миллиона вокселей – простых единиц объема (по аналогии с пикселем – простой единицы площади). В действительности каждый куб выходил из приблизительно 400 цифровых снимков по 4 мегапикселя каждый (2048 столбцов по 2048 пикселей в каждом); эпизоды сканирования повторялись раз за минуту либо полторы минутки.
Изображение, приобретенное при помощи лазерной сканирующей флуоресцентной тонколистовой микроскопии (так именуется новый способ), доступно только в цифровом формате – в окуляры микроскопа ничего подобного узреть нереально. Отображаемая на мониторе картина – итог «восстановления» инфы компом.
Это восстановление по точкам стало для учёных вторым поводом для гордости. Благодаря специально разработанной компьютерной программке им удалось в течение 24 часов безпрерывно выслеживать деление, миграцию и перевоплощения тыщ клеток. Всего были получены выше тыщи кубов данных по 63 миллиона вокселей в каждом. Каждый куб анализировался, по положению флуоресцирующих ядер на примыкающих кадрах идентифицировались отдельные клеточки, их движение и, время от времени, деление.
Конечным итогом стало создание «цифрового» зародыша – компьютерной модели первых суток личного развития, «усредненной» по 7 исследованным зародышам.
Публике учёные представили три видеоклипа, показывающие развитие зародыша от стадии из чуток более сотки клеток через полтора часа после осеменения до уже отлично различимого эмбриона через день. На первом из роликов, вынесенном к заголовку статьи, цвета клеток кодируют скорости их перемещения. На втором цветом закодированы направления движения, на 3-ем голубым цветом показаны новые клеточки каждого кадра, а красноватым – только-только «поделившиеся» (это разделение, естественно, условно). Направьте внимание на «пульсы» деления ещё практически не отличающихся клеток в самом начале роликов.
«Методологическая», на 1-ый взор, работа принесла и 1-ые научные результаты. Во-1-х, Келлер сумел разрешить вопрос о моменте формирования асимметрии, доказав, что это происходит на стадии 512-клеточного зародыша. 2-ая находка показала все способности способа: ученые точно отследили источник гипобласта, в предстоящем дающего начало двум зародышевым листкам: мезодерме и эндодерме.
Непременно, исследовательская группа в скором времени перейдет и к «теплокровным эмбрионам», но новых результатов от Келлера можно ожидать и ранее: уже приобретенное «видео» хранит внутри себя неограниченное количество инфы, достаточное для хорошего 10-ка публикаций.
Петр Смирнов
