Zebrahub: Новый атлас беспрецедентно детально отслеживает развитие рыбки данио
В статье, опубликованной в журнале Cell, исследователи из Chan Zuckerberg Biohub San Francisco (CZ Biohub SF) представляют последние достижения в создании детальной карты развития эмбриона — своего рода «Google Earth» для биологии развития.
Zebrahub — это современный клеточный атлас, который объединяет:
- Видеозаписи в режиме таймлапс высокого разрешения, показывающие появление и ранние движения новых клеток в эмбрионах рыбок данио.
- Обширные данные об активности генов (какие гены включаются и выключаются) в отдельных клетках по мере их развития и специализации.
Почему именно рыбка данио?
Это пресноводный вид, взрослые особи редко превышают 5 см в длину. Эмбрионы прозрачны и развиваются вне матери, что позволяет наблюдать за их ростом под микроскопом. Около 70% человеческих генов имеют аналоги у данио, и, как у позвоночных, у нас общий план строения тела и сходные молекулярные процессы его формирования.
Технологическая основа проекта
Создание Zebrahub потребовало разработки новых инструментов и ПО:
- Микроскоп DaXi — автоматизированный микроскоп светового листа с большим полем зрения, способный снимать целые живые эмбрионы, не повреждая их.
- Программа Ultrack — автоматически идентифицирует ядра клеток и отслеживает их движение в трёхмерном пространстве на видео с течением времени.
Что даёт атлас исследователям?
Zebrahub включает два основных набора данных за первые 10 дней развития:
- Пространственно-временные данные: видео первых 24 часов, когда начинают формироваться органы.
- Данные об экспрессии генов: активность генов в более 120 000 клеток в 10 отдельных временных точках.
Это позволяет проводить «виртуальные эксперименты», отслеживая траектории клеток в развитии вперёд и назад во времени. Важно, что данные получены от индивидуальных эмбрионов, а не из смеси нескольких, что позволяет изучать тонкие различия в экспрессии генов.
Первые открытия
Анализ данных Zebrahub уже привёл к неожиданным находкам. Например, клетки-предшественники в хвосте эмбриона, которые считались способными давать начало только одному типу ткани, на самом деле развивались и в мышечные клетки, и в нейроны спинного мозга.
Практическое применение
Атлас уже используется научным сообществом. Например, одна исследовательская группа использовала базу данных экспрессии генов Zebrahub, чтобы изучить, какие белки могут способствовать образованию катаракты в хрусталике глаза.
Zebrahub — проект с открытым исходным кодом, доступный всем исследователям. Как отмечают авторы, это важный шаг к «наступлению новой эры для биологии развития и эволюции».