Стамбул-Константинополь будет отделен от Европы
Второй Босфор во втором РимеОзеро Кючюкчекмедже находится недалеко от главного аэропорта Стамбула. Именно в этом месте, если Реджеп Тайип Эрдоган осуществит свой план, который он сам,...

ЕС: Украина рискует потерять 600 млн евро в ближайшие дни
Украина потеряет возможность получить транш макрофинансовой помощи от Евросоюза в 600 млн евро, если в ближайшее время не выполнит ряд требований. Об этом заявил глава представительства ЕС в...

Мир приближается
Встреча президентов России и Сирии прошла за день до того, как 23 ноября в Сочи приедут президенты Турции и Ирана, о чем сообщил сам российский президент. А 22–23 ноября, сказал он, "в Эр-Рияде...

Рубль отреагировал на внешние факторы
Курс рубля укрепляется к доллару во вторник. Котировки пары USD/RUB вернулись в район уровня 59,00 (+0,32%). Дорожает рубль и к евро - до 69,45 (+0,19).Одним из ключевых факторов укрепления российской...

iPhone не лидер: журнал Time составил топ-10 гаджетов 2017 года
Журнал Time составил рейтинг лучших технических новинок 2017 года, сообщает РИА новости. Лидирует в этом списке гаджетов игровая приставка Switch от японской компании Nintendo. «Гибридный» консоль...

NASA вынуждено продлить контракты с Россией для сохранения своего присутствия на МКС
Национальное космическое агентство США (NASA) не сможет отказаться от сотрудничества с «Роскосмосом» в 2018 году, как было заявлено ранее, сообщает RT со ссылкой на новый отчёт управления...

«Гагаринские» микрофоны и авиадвигатели: ФРП выделил 1,5 млрд на развитие предприятий
Фонд развития промышленности (ФРП) одобрил займы в размере 1,594 млрд рублей трем компаниям, общая стоимость проектов которых достигла 2,829 млрд рублей. Два проекта получили одобрение...

За иностранцами в Шенгене будут следить автоматически
Страны Евросоюза договорились об усилении контроля внешних границ Шенгенской зоны посредством  автоматической регистрации въезда-выезда для граждан стран, которые не входят в сообщество....

Вентиляционные решетки: виды и особенности применения
Обычно выходы воздуховодов в помещениях закрывают вентиляционными решетками. Монтаж этого элемента системы вентиляции должен осуществляться в строгом соответствии с существующими и...

Крым отделится от Украины стеной к лету 2018 года
Двухметровое заграждение протяженностью 50 километров отделит Крым от Украины к июлю 2018 года. Об этом сообщает на своем сайте Погрануправление ФСБ по Республике Крым.В сентябре 2017 года...

Самый крупный заказ в истории Airbus
Американская Indigo Partners заказала у французского концерна Airbus 430 самолетов на рекордные $49,5 млрд. Подписи под меморандумом поставили управляющий партнер Indigo Partners Билл Франке и операционный...

В начале следующей недели Москву завалит снегом
Первые сугробы в Москве и Помосковье можно ожидать в предстоящий понедельник, 20 ноября, сообщил ведущий специалист центра погоды «Фобос» Евгений Тишковец.По его словам, в ночь на...

Читайте нас в соцсетях

 

23 ноября 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