Благодаря новому методу ученые смогут в режиме реального времени проследить, какие мутации происходят с каждой отдельной клеткой эмбриона от оплодотворения до формирования полноценных органов. Эта разработка американских ученых позволит узнать, как именно из одной клетки развивается целый организм. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

После того, как сперматозоид оплодотворяет яйцеклетку, образуется специальная клетка — зигота, которая затем начинает делиться: распадается на две, затем появляется четыре, восемь и так далее. По мере деления клеток их ДНК по-разному мутируют, а сами клетки приобретают новые функции: одни становятся клетками печени, другие — нервными клетками, третьи — мышечными, и так далее. Всякий раз клетка наследует свойства своей материнской клетки и при этом получает новые функции. Детально этот процесс до сих пор не был описан, поскольку ученые не могли проследить, какая клетка служит «источником» для каждой последующей. Исследователи из Гарвардской медицинской школы нашли способ зафиксировать мутации ДНК каждой отдельной клетки и проследить ее путь от оплодотворенной яйцеклетки до, например, клетки легкого.

В предыдущих исследованиях авторы разработали специальную молекулу hgRNA. Эта молекула направляет специальный белок Cas9 к нужному участку генома и «показывает», какой участок нужно «отрезать». Когда Cas9 удаляет нужный фрагмент генома, в структуре hgRNA появляется мутация, и ее фиксируют ученые. Каждую мутацию исследователи представляют в виде полоски на временной шкале, а в итоге получается череда таких полосок — своеобразный штрихкод, по которому можно наблюдать за мутациями отдельной клетки.

Чтобы проследить мутации клеток при развитии эмбриона, ученые вставили в геном мыши 60 различных hgRNA. Эту мышь скрестили с другой, организм которой вырабатывал Cas9. После оплодотворения белок начал вырезать hgRNA из генома нового организма, каждый раз заставляя эти молекулы мутировать. Подобный процесс происходил в каждой новой клетке, образующейся по мере развития эмбриона. В результате для любой клетки любого органа получился «штрихкод» — череда мутаций hgRNA. Сравнив эти штрихкоды, можно увидеть, в какой момент и у какой клетки появилось новое свойство и как разные клетки связаны друг с другом.

В рамках исследования авторы выяснили, что, например, различие переднего и заднего отделов головного мозга возникает раньше, чем левого и правого полушарий. По словам ученых, разработанный метод универсален, с его помощью можно исследовать «родословную» любых клеток.