Учёные расшифровали полный жизненный цикл плодовых мушек, что может помочь в изучении здоровья человека

Исследователи создали всеобъемлющий 3D-атлас пространственно-временной мультиомики одиночных клеток на протяжении всего цикла развития плодовых мушек, что даёт молекулярное понимание биологического развития.

Этот прорыв, как ожидается, продвинет исследования дефектов развития и связанных с ними механизмов заболеваний. Исследование, проведённое совместно BGI Research из Ханчжоу и Южным университетом науки и технологий в Шэньчжэне, опубликовано в журнале Cell.

Учёные описывают развитие животных как тщательно организованный процесс, в котором гены и клетки взаимодействуют с пространственно-временной точностью.

Используя плодовых мушек в качестве модельного организма, они отмечают, что их цикл развития проходит через четыре чётко определённые фазы: яйцо, личинка, куколка и взрослая особь. Весь этот процесс можно сравнить с тщательно поставленным «живым театральным представлением», где время появления каждой клетки, её пространственное расположение и последующее превращение в специализированные типы клеток строго регулируются генетическими «сценариями».

Исследовательская группа использовала технологии, разработанные BGI, для интенсивного отбора проб эмбрионов плодовых мушек с интервалами от 30 минут до двух часов, дополненных систематическим отбором проб на ключевых этапах развития личинок и куколок.

Эта стратегия позволила получить огромный набор данных, включающий более 3,8 миллиона пространственно разрешённых транскриптомов одиночных клеток, охватывающих весь жизненный цикл.

С помощью алгоритмического инструмента Spateo для пространственно-временного анализа они реконструировали высокодетализированную 3D-модель, точно отображающую пространственную динамику морфологии тканей и экспрессии генов. Интегрировав эти данные, исследователи построили карту траекторий дифференцировки, раскрывая фундаментальные молекулярные механизмы, управляющие судьбой клеток.

«Клетки из разных зародышевых листков следуют различным путям дифференцировки. Транскрипционные факторы действуют как "клеточные режиссёры", управляя дифференцировкой, активируя или подавляя гены, чтобы назначить клеткам определённые роли», — пояснил Ван Миньюэ, соавтор исследования.

Ван отметил, что было идентифицировано несколько ранее неизвестных транскрипционных факторов, которые могут играть ключевую роль в развитии нервной системы, кишечника и эндокринной системы.

Учитывая, что примерно 70% генов, связанных с заболеваниями человека, имеют аналоги у плодовых мушек, это исследование предоставляет мощный инструмент для изучения болезней развития человека и открывает новые пути для биомедицинских исследований, добавил Ван.