Новые технологии расширяют возможности изучения микроскопических червей C. elegans
Круглый червь C. elegans десятилетиями был ключевым инструментом в биомедицинских исследованиях. Теперь ученые из Рокфеллеровского университета в лабораториях Шая Шахама и Эрика Д. Сиггии разрабатывают технологии для изучения новых аспектов развития органов и нервной системы у этих организмов.
«С любой новой технологией самое захватывающее — это то, что мы не можем предсказать, что обнаружим», — говорит Шахам.
Заморозить и сфотографировать
Чтобы отследить ключевые этапы развития личинок C. elegans, Вольфганг Кейл и коллеги изобрели специальную камеру. Она позволяет червю свободно двигаться и питаться, за исключением коротких интервалов, когда его иммобилизуют для микроскопической съемки.
Камера окружена столбиками, образующими микроскопические каналы, через которые поступает пища, но которые слишком малы для побега червя. Для съемки потолок камеры мягко опускается, прижимая животное к стенке на время, достаточное для четкого снимка. Метод описан в журнале Developmental Cell.
«Эмбрионы изолированы от среды яйцевой оболочкой, но последующее развитие личинки устроено иначе. Этот метод позволяет изучать развивающийся организм, который питается, растет и взаимодействует со средой», — объясняет Кейл.
Новая система позволяет одновременно снимать 10 червей, что значительно повышает статистическую мощность по сравнению с предыдущими подходами, требовавшими многих часов ручной работы. Исследователи уже обнаружили редкий вариант сборки жизненно важного органа C. elegans. Наблюдение за такой естественной вариацией стало возможным благодаря большому объему собранных данных.
Нейроны формируются по одному
Другая инновационная методика, разработанная в лаборатории Шахама, позволяет изучать развитие нервной системы, отслеживая от одного до четырех нейронов одновременно. Метод, описанный в Nature Communications, впервые позволяет отслеживать движение любого отдельного нейрона в развивающемся черве.
Процедура включает активацию экспрессии гена с помощью термочувствительного белка, который активируется инфракрасным лазером. Это заставляет флуоресцентные метки светиться в конкретных нейронах.
Исследователи оптимизировали технологию, подобрав температуру, не вредящую червям. Воздействие лазера на клетку эмбриона в течение всего пяти минут активирует флуоресцентную метку на срок до шести часов — достаточно для фиксации основных этапов нейроразвития. Также был идентифицирован новый механизм роста нейронов и подтверждена жизненная важность конкретного гена для правильного развития сенсорных органов.
«Наша цель — в конечном итоге получить полное описание нейроразвития C. elegans на клеточном уровне. Это может выявить фундаментальные принципы, управляющие развитием нервной системы и у других организмов, включая человека», — говорит Шахам.