Волкер рассказал, какую позицию займет Трамп на переговорах с РФ по Украине
Президент США Дональд Трамп в переговорах с Россией по урегулированию на Украине готов выстроить "сильную позицию". Об этом в интервью изданию "Зеркало недели", рассказал спецпредставитель...

Bloomberg: землетрясение в Северной Корее произошло не в результате взрыва
Землетрясение в Северной Корее магнитудой 3,4 балла произошло не в результате взрыва, сообщает Bloomberg со ссылкой на метеослужбу Южной Кореи в субботу.Ранее агентство Синьхуа со ссылкой на...

Рубль устремился к годовым максимумам
Рубль вырос в пятницу за счет продаж экспортной выручки в преддверии пика налогового периода, в том числе и уплаты НДПИ. Российскую валюту поддерживают почти семимесячные максимумы нефти...

Названы версии инцидента с едва не разбившимся под Москвой А380
Инцидент с самым большим в мире пассажирским лайнером А-380 на подлете к "Домодедово" 10 сентября мог стать следствием действий пилотов или технической неисправности, сообщает "Интерфакс" со...

Россия спускает на воду новый мощнейший в мире ледокол
На Балтийском заводе в Санкт-Петербурге в пятницу спустят на воду второй атомный ледокол проекта 22220 — "Сибирь". Первым и головным стала "Арктика", сошедшая со стапелей в июне 2016-го. Эти...

Австралия продлила антироссийские санкции на три года
Австралия продлила действие экономических санкций в отношении России, поскольку считает, что ее политика угрожает суверенитету и территориальной целостности Украины, сообщает ТАСС со...

Китай пустил самый быстрый в мире поезд
Возрождение по китайскиСо ссылкой на электронную версию шанхайской газеты «Синьминь ваньбао» ТАСС сообщил о запуске 21 сентября в коммерческую эксплуатацию в Китае самых быстрых в мире...

Рубль падает на фоне решения ФРС
Курс доллара открытии четверга рос на 15 копеек - до 58,27 рубля, курс евро - на 19 крпеек, до 69,3 рубля.На российскую валюту давит решение ФРС о начале расчистки баланса уже в октябре. На фоне выбора...

Ученые предположили, как выглядят инопланетяне
Инопланетная жизнь, по мнению астробиологов, может оказаться совсем неожиданной.Фантасты часто наделяют инопланетян чертами, похожими на человеческие. Или же это существо,...

Рубль: рухнуть не должен
По словам главы Минэкономразвития Максима Орешкина, курс рубля в 2018-2020 годах будет стабилен, несмотря на сохранение санкционного режима и прогнозируемое снижение цен на нефть. «Обменный...

Названы профессии, которые исчезнут с российского рынка труда в ближайшие годы
По мнению специалистов, с рынка труда в ближайшие годы исчезнут бухгалтеры, чиновники, охранники и ряд других специальностей. К такому выводу пришли участники форума Перспективы рынка...

Орешкин рассказал, каким будет курс рубля в ближайшие три года
Курс рубля в 2018-2020 годах будет стабилен несмотря на сохранение санкционного режима и прогнозируемое снижение цен на нефть, заявил глава Минэкономразвития РФ Максим Орешкин."Если говорить о...

Читайте нас в соцсетях

 

24 сентября 2017

Рейтинг:  0 / 5

Звезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активна
 

Эмбрионы дрозофил разобрали на несколько тысяч отдельных клеток, а потом собрали обратно – но уже в компьютере.

Настоящий эмбрион дрозофилы, в котором начинают формироваться части тела: слева видно, как от туловища начинает отделяться голова. (Фото: Philipp Wahle, BIMSB at the MDC.)

Виртуальный эмбрион дрозофилы в нескольких проекциях; активность различных генов показана разными цветами. (Иллюстрация: Drosophila Virtual Expression eXplorer, BIMSB at the MDC.)‹ ›

На раннем этапе развития любой эмбрион выглядит как микроскопическая горстка клеток. Все они выглядят одинаково под микроскопом, но каждая уже знает, какой ткани она даст начало, кем будут ее потомки – нейронами, клетками мышц или кем-нибудь еще. Как эмбриональные клетки узнают свою судьбу, откуда берется сложность и разнообразие многоклеточного организма, если он «начинается» с одной-единственной клетки – эти вопросы занимали умы не одного поколения исследователей.

Одним из тех, кто пытался на них ответить, был Алан Тьюринг, выдающийся математик и логик, стоявший у истоков информатики. В его время о молекулярных принципах работы генов не было известно почти ничего, тем не менее, Тьюринг понимал, что в клетках есть некие химические вещества, которые могут распределяться по ткани неравномерно, так что их концентрация будет в каких-то направлениях нарастать, а в других – уменьшаться (иными словами, концентрации будут распределены по градиентам).

Он предполагал, что подобные различия в концентрации могут каким-то образом превращаться в различия в клеточном «самоопределении». Позже стало понятно, что химические вещества – это продукты экспрессии генов, то есть белки, и что их распределение по клетке (то есть пространственные химические градиенты) – действительно именно то, что позволяет клеткам понять, в каком месте эмбриона они находятся, и выбрать собственный путь развития.

Со временем многое в развитии живого организма стало понятным, и в целом эмбриогенез уже не кажется необъяснимым чудом (по крайней мере, для тех, кто хотя бы немного интересуется темой). Но увы, одновременно стало понятно и то, что у этого процесса нет лаконичного и разборчивого объяснения. Каждое событие в нем обусловлено стольким количеством факторов, такими сложными взаимными влияниями различных генов и условий окружающей среды, что для того, чтобы представить полную картину развития зародыша, необходимо подключить информационные технологии.

Именно так поступили в Берлинском институте медицинской системной биологии, входящем в состав Центра молекулярной медицины Макса Дельбрюка. Исследователи работали с эмбрионом дрозофилы, который после первых тринадцати синхронных клеточных делений состоит из 6000 клеток. Для эмбриона создали виртуальную трехмерную модель с клеточным разрешением. В каждой его клетке хранились данные об активности порядка 8000 генов, так что модель позволяла воссоздавать их трехмерные градиенты в виртуальном теле эмбриона, наблюдая, насколько они перекрываются друг с другом. Полностью результаты исследований опубликованы в Science.

Чтобы получить своего виртуального «питомца», исследователям пришлось вначале разобрать на отдельные клетки около пяти тысяч эмбрионов, находящихся в одной и той же стадии развития. Затем они прочитали все молекулы матричных РНК (мРНК) в каждой клетке – как мы знаем, генетическая информация из ДНК копируется в матричную РНК, с которой потом работают белоксинтезирующие машины; иными словами, зная о том, сколько и какие мРНК плавают в клетке, мы можем с большой долей уверенности судить о том, какие гены в клетке активны, а какие – нет. Данные об РНК превращались в виртуальные клетки, из которых затем реконструировали 3D-эмбрион; естественно, дело не обошлось без специального программного алгоритма, который нужно было создать именно под эту задачу.

По словам Николауса Раевского (Nikolaus Rajewsky), руководителя одной из научных групп, работавших над моделью эмбриона, теперь молекулярно-генетические процессы можно изучать не только в кропотливых и длительных опытах с настоящими зародышами, но и в виртуальных экспериментах. Работа, на которую могут уйти годы при использовании традиционных методов исследования, теперь может быть выполнена за пару часов.

Несмотря на то, что человек и дрозофила довольно сильно отличаются друг от друга, большинство фундаментальных биологических механизмов, контролирующих эмбриональное развитие, сохранились в неизменном виде на протяжении тех многих миллионов лет эволюции, которые нас разделяют. И большая часть из того, что мы знаем в области биологии развития, получена в экспериментах на модельных животных, таких, как мыши и дрозофилы.

Наши представления об эмбриональном развитии человека – особенно это относится к поздним стадиям, которые по этическим причинам нельзя изучать на человеческих зародышах – очень часто не что иное, как экстраполяция результатов, полученных на животных. Поэтому созданная исследователями трехмерная модель эмбриона имеет отношение не только к мухам – коль скоро современная эмбриология обязана своим успехам экспериментам на дрозофилах, то виртуальная дрозофила покажется довольно «крутым» инструментом.

Кстати сказать, эмбриология, биология развития нужны нам не только ради самих эмбрионов, у которых мы в ближайшем будущем, очевидно, научимся исправлять разнообразные дефекты развития. Не будем забывать, что вся регенеративная медицина стоит на стволовых клетках, а знания о стволовых клетках, об их взаимоотношениях друг с другом и с другими типами клеток относятся как раз к биологии развития.

Если мы хотим стимулировать регенерацию ткани в месте повреждения или же вообще вырастить орган «с нуля», необходимо понимать, какие гены тут работают и как они друг с другом взаимодействуют. Но процессы, которые активируются при регенерации ткани, очень схожи с тем, что происходит, когда эта ткань возникает во время эмбриогенеза. Поэтому, например, заживление ран вполне успешно изучают на тех же мушиных эмбрионах.

Возвращаясь к 3D-эмбриону, стоит отметить, что пока такая модель построена только для одной временно́й точки. Чтобы получить более подробную модель эмбрионального развития, авторы работы собираются проделать то же самое, но уже для эмбриона, находящегося на других этапах развития, у которого уже начали формироваться органы.

к источнику новости