Celulele unui embrion de șoarece și-au ținut, practic, propriul jurnal. Cercetătorii au folosit o tehnologie inovatoare, care înregistrează istoria celulelor direct în ADN-ul lor. Cu ea au reconstituit un arbore genealogic extrem de detaliat, care cuprinde 1,28 milioane de celule și coboară până în momentul în care ovulul fertilizat s-a divizat pentru prima dată în două.
Asta înseamnă aproximativ 10% din toate celulele unui embrion de șoarece de două săptămâni. Niciun alt arbore genealogic celular de mamifer construit până acum nu a fost atât de mare.
Înregistrarea a acoperit primele 13,5 zile de dezvoltare embrionară (la șoareci, o gestație completă durează între 19 și 21 de zile). Ea arată cum s-au înmulțit acele prime celule, cum și-au asumat roluri specializate și cum au ajuns, în final, să formeze un organism cu organe și țesuturi distincte. Rezultatul este o imagine neobișnuit de detaliată a felului în care prinde contur un organism complex de mamifer.
Studiul a fost publicat pe 8 octombrie 2026 în revista Science. Cercetarea scoate la iveală tipare ascunse ale dezvoltării. Acestea ar putea ajuta oamenii de știință să înțeleagă mai bine atât dezvoltarea normală, cât și ce se întâmplă când procesul nu decurge cum trebuie.
„Ne interesează cum influențează ascendența timpurie a celulelor dintr-un embrion destinul lor ulterior. Studiul liniilor celulare ne ajută să descifrăm dezvoltarea normală. O astfel de cercetare ar putea, în cele din urmă, să aducă progrese în cunoașterea malformațiilor congenitale, a tulburărilor de neurodezvoltare, a bolilor genetice sau a cancerului”, a declarat dr. Jay Shendure, profesor de științe genomice la Facultatea de Medicină a Universității din Washington din Seattle și cercetător la Institutul Medical Howard Hughes.
Shendure a condus cercetarea alături de dr. Chengxiang Qiu, biolog molecular și de sisteme la Dartmouth College din New Hampshire. Amândoi semnează studiul în calitate de coordonatori.
O mașină de scris care tastează pe ADN
Totul s-a sprijinit pe o tehnologie numită DNA Typewriter, „mașina de scris ADN”. Shendure a dezvoltat-o împreună cu Junhong Choi, care lucrează în prezent la Memorial Sloan Kettering Cancer Center. Sistemul nu se rezumă la a observa celulele în timp ce se divid: le păstrează istoria înregistrată chiar în ADN.
Pentru asta, cercetătorii au introdus în genomul unui ovul fertilizat de șoarece o secvență de înregistrare reproiectată, pe care o numesc „bandă”. Noua variantă a ușurat recuperarea informațiilor stocate în fiecare celulă.
Pe măsură ce embrionul s-a dezvoltat, mașina de scris ADN a rămas încorporată în materialul genetic al celulelor. Acolo le-a consemnat diviziunile, într-o formă din care ascendența lor putea fi reconstituită mai târziu. A rezultat ceva asemănător unui jurnal biologic, care documentează succesiunea de evenimente din care s-au născut diferitele populații de celule.
„E ca o mașină de scris adevărată, doar că scrie pe ADN-ul celulei în loc de hârtie. De fiecare dată când o celulă se divide, inscripționează un caracter nou pe următorul rând gol – mereu în ordine, fără să scrie vreodată peste ce există deja. Cum caracterele se completează întotdeauna în ordine, secvența însăși descrie istoria diviziunilor celulare”, a explicat Haedong Kim, unul dintre prim-autorii studiului și cercetător postdoctoral în științe genomice la UW Medicine, la Seattle Hub for Synthetic Biology și la Howard Hughes Medical Institute.
Marcajele trec de la o celulă la celulele-fiice. De aceea, cercetătorii pot citi secvențele înregistrate și pot stabili care celule descind dintr-un strămoș comun. Celulele care poartă porțiuni identice din înregistrare pot fi legate între ele, iar arborele genealogic al embrionului se reface pe această bază, ramură cu ramură.
„Scrierea înregistrării e doar jumătate din problemă. Apoi trebuie și citită din fiecare celulă, așa că am reproiectat banda ca să fie mai ușor”, a spus Kim.
Mamiferele, mult mai greu de descifrat decât un vierme
Reconstituirea întregii istorii a unui mamifer în dezvoltare a fost multă vreme o provocare formidabilă. Pe măsură ce embrionul crește, celulele lui se divid iar și iar și încep să preia funcții specializate. Cu cât numărul și varietatea lor cresc, cu atât relațiile dintre ele devin mai greu de urmărit.
O realizare asemănătoare a mai fost obținută acum câteva decenii, la un vierme rotund minuscul. Acel animal are însă un corp relativ simplu, cu mult mai puține celule, iar transparența lui face dezvoltarea mai ușor de studiat.
Mamiferele sunt considerabil mai complexe. Tehnologiile anterioare au adus informații importante despre dezvoltarea embrionară la șoareci, dar au surprins, în general, doar fragmente din arborele genealogic celular.
Unele tehnici tradiționale de înregistrare au și limite serioase. Ele taie ADN-ul ca să creeze marcaje de identificare, ceea ce poate deteriora celulele și poate șterge informațiile lăsate de diviziunile anterioare. Capacitatea lor de înregistrare e limitată. Iar pentru că marcajele nu se formează neapărat într-o ordine fixă, cercetătorii trebuie să încerce să refacă ulterior succesiunea evenimentelor.
„DNA Typewriter evită toate aceste probleme. Înregistrează fără să secționeze complet ADN-ul, continuă să înregistreze relativ constant și scrie totul într-o ordine strictă. Așa putem urmări linia genealogică a celulelor la o rezoluție mult mai mare și pe o perioadă mai lungă”, a spus Kim.
Shendure și Qiu nu au fost singurii care au abordat problema. Într-un studiu-pereche, publicat în revista Cell, echipa lui Jonathan Weissman a folosit un alt sistem de editare genetică, numit PEtracer. Cu el a cartografiat peste 1,4 milioane de celule, adunate însă din 16 embrioni de șoarece.
Aproape fiecare celulă duce înapoi la primele două
Cercetătorii au încercat la început să înregistreze dezvoltarea a 100 de ovule fertilizate de șoarece. Dintre acestea, în cele din urmă, 10 embrioni au putut fi examinați.
Unul dintre ei, Embrionul nr. 3, s-a remarcat. Sistemul lui de înregistrare a funcționat deosebit de bine și a păstrat cea mai cuprinzătoare istorie a dezvoltării, așa că pe el s-a concentrat analiza detaliată. Una dintre cele mai importante descoperiri vine dintr-o înregistrare făcută chiar la începutul dezvoltării, imediat după prima diviziune a ovulului fertilizat.
„Înregistrarea noastră a surprins o amprentă clară și permanentă care deosebește cele două celule inițiale. Asta ne-a permis să urmărim aproape fiecare celulă analizată din embrion până la una dintre ele. Una dintre celulele fondatoare a produs, într-adevăr, mai mulți descendenți decât cealaltă, dar amândouă au generat tipuri celulare diverse în proporții aproape egale”, a spus Kim.
Potrivit lui Kim, echipa a fost surprinsă să vadă cât de stabil apare marcajul încă de la prima diviziune. Această stabilitate le-a oferit cercetătorilor, practic, două experimente naturale și independente în același embrion. Așa, fiecare rezultat a putut fi verificat de două ori.
Sângele și retina se specializează devreme, pielea mult mai târziu
Înregistrările din ADN au dezvăluit și când încep celulele să se angajeze în rolurile pe care le vor avea în organism. Celulele embrionare timpurii pot da naștere multor tipuri de țesuturi. Pe măsură ce dezvoltarea avansează, descendenții lor se specializează treptat și formează, în final, structuri precum sistemul nervos, pielea, sângele și ochii.
Reconstituind ramurile arborelui genealogic al embrionului, cercetătorii au putut stabili momentul în care diferite grupuri de celule au luat-o pe căi de dezvoltare distincte. Observațiile lor au fost în concordanță cu concluziile trase din decenii de cercetări anterioare. Noua abordare le-a permis însă să examineze aceste tipare în interiorul unui singur șoarece în dezvoltare.
„Celulele sanguine și retina s-au specializat relativ devreme, în timp ce stratul exterior al pielii s-a specializat abia mult mai târziu. Destinul celular nu s-a stabilit dintr-odată. Diferitele tipuri de celule și-au dobândit identitatea după calendare distincte, unele mai devreme, altele mai târziu”, au explicat cercetătorii.
Unele celule își restrâng, așadar, opțiunile devreme, în timp ce altele rămân flexibile mai mult timp înainte de a se specializa.
O promisiune pentru medicină, nu încă un tratament
Înțelegerea exactă a felului în care celulele își dobândesc identitatea ar putea avea, în cele din urmă, implicații importante pentru medicină. Multe tulburări de dezvoltare apar atunci când procesul normal de specializare celulară sau de formare a țesuturilor e perturbat. Și cancerul presupune un comportament celular anormal, inclusiv defecțiuni ale mecanismelor care reglează în mod obișnuit creșterea și diviziunea celulelor.
Privind studiul în ansamblu, Kim a spus: „Acest tip de înregistrare a dezvoltării la scară largă le oferă oamenilor de știință o hartă a felului în care o singură celulă devine un organism întreg. Ea ne ajută să explicăm cum se formează corect organele, cum poate da greș acest proces în malformațiile congenitale și cum creșterea celulară anormală determină apariția cancerului. Pe măsură ce ingineria celulelor stem avansează, acest tip de înregistrare ne poate ajuta și să ghidăm proiectarea celulelor pentru uz terapeutic”.
În cercetarea cu celule stem, abordarea ar putea sprijini mai ales eforturile de a orienta celulele către identități specifice, pentru medicina regenerativă și alte aplicații terapeutice.
Cercetarea demonstrează o metodă puternică de a studia deciziile biologice care modelează un organism în dezvoltare. A fost realizată însă pe embrioni de șoarece și nu reprezintă încă un tratament medical direct.
Ce s-a mai descoperit în Știință?
Oamenii de știință au descoperit un paradox neașteptat în felul în care îmbătrânesc celulele noastre
Bacteriile din gură ar putea avea legătură cu viteza cu care gândim
Ochiul are un sistem ascuns de curățare, de care oamenii de știință nu știau
Rănile diabetice care nu se vindecă: ce se strică în sistemul imunitar, etapă cu etapă
