„DNK pisaći stroj“ rekonstruirao obiteljsko stablo 1,28 milijuna stanica mišjeg embrija

Razvoj embrija obično promatramo kao niz slika: prvo se pojavi nekoliko stanica, zatim tkiva, organi i na kraju složeni organizam. No između tih prizora postoji golem broj odluka koje svaka stanica donosi. Istraživači su sada pomoću molekularnog alata poznatog kao DNA Typewriter pokušali zapisati tu povijest izravno u DNK.

DNA Typewriter radi poput sekvencijalnog snimača. Umjesto da samo fotografira stanje stanice u određenom trenutku, u DNK traku upisuje oznake redom. Kasnije se iz zajedničkih oznaka može zaključivati koje su stanice potekle od istog pretka i kada su se njihovi razvojni putovi počeli razlikovati. Metoda ne presijeca cijelu DNK, nego koristi niz molekularnih promjena koje ostavljaju vremenski slijed.

Tim je pratio razvoj mišjeg embrija od prve diobe oplođene jajne stanice do 13,5. dana, odnosno do kasne organogeneze. Mišja trudnoća traje otprilike 19 do 21 dan, pa je istraživanje obuhvatilo razdoblje u kojem se oblikuju glavni organi i brojni specijalizirani tipovi stanica. Od 100 pokušaja znanstvenici su dobili deset embrija pogodnih za analizu, a najbogatiji zapis pronađen je u jednom embriju.

Iz tog su embrija rekonstruirali vremenski kalibrirano stablo 1,28 milijuna transkriptomski profiliranih stanica. Drugim riječima, nisu dobili samo popis stanica, nego model njihovih odnosa. Stablo je jasno pokazalo dvije stanice nastale prvom diobom zigote. Obje su pridonijele različitim vrstama stanica, približno u jednakim omjerima, iako je jedna proizvela veći broj potomaka.

Rezultati pokazuju da se razvojni putovi ne odvajaju svi u istom trenutku. Krvne stanice i mrežnica počele su se usmjeravati ranije, dok se vanjski sloj kože opredjeljivao kasnije. To znači da određeni tip stanice nije samo konačna etiketa, nego završni rezultat niza odluka koje se događaju različitom brzinom.

Zanimljiv je i odnos među sestrinskim stanicama. One su dijelile isti tip stanice oko devet puta češće nego što bi se očekivalo slučajnim rasporedom. Kod nekih tipova stanica koji nastaju iz prostorno ograničenih skupina predaka taj je omjer bio još veći. Takvi podaci mogu pomoći u razumijevanju kako se u embriju stvaraju lokalne razvojne niše.

Metoda ima i važna ograničenja. Glavni rezultat potječe iz jednog detaljno analiziranog embrija, pa ponovljivost nije dokazana u dovoljnoj mjeri. DNA Typewriter također ne zapisuje jednako brzo u svim razvojnim razdobljima i vrstama stanica. Rani zapis može biti bogatiji, a kasnije se može usporiti ili zasititi.

Istraživanje nije izravan dokaz da se isti postupak može primijeniti na ljudski razvoj. Njegova moguća vrijednost zasad je u osnovnoj biologiji: boljem razumijevanju urođenih poremećaja, razvoja tkiva i načina na koji se stanice organiziraju. Ako se metoda potvrdi u neovisnim pokusima i drugim organizmima, mogla bi ponuditi detaljniji pogled na razvoj nego što ga omogućuju klasične snimke pojedinačnih trenutaka.

„DNK pisaći stroj“ zato ne čita prošlost kao savršenu snimku. On ostavlja tragove iz kojih znanstvenici rekonstruiraju put. Upravo je u tome njegova vrijednost: razvoj više nije samo niz konačnih oblika, nego obiteljsko stablo odluka koje svaka stanica nosi u sebi.