hver organisme har sit eget stamtræ. Og som ethvert stamtræ er en organisms stamtræ mere interessant, hvis det er både komplet og rigt detaljeret. Det vil sige, at hvert medlem af stamtræet skal vises på deres rette sted sammen med nogle biografiske oplysninger. I tilfælde af en organisme—for eksempel en mus—er stamtræets medlemmer individuelle celler, og den biografiske information består af genekspressionsprofiler.

hvis der kunne samles omfattende helorganismefamilietræer, ville forskere lære meget om udvikling, aldring og sygdom. Desværre har slægtstræer, der sporer vævs-eller organismeudvikling, været begrænset til små grupper af celler eller gjort vagt mistænkelige på grund af forvrængninger forårsaget af påtrængende cellevurderingsteknikker.

den gode nyhed er, at der er udviklet en ny teknologi, der kan tjene som en slags ancestry.com for en organismes celler. Det vil sige, det lover at parre oplysninger om celleforståelse med detaljerede molekylære aflæsninger, såsom transkriptionelle signaturer.

teknologien, der kaldes CRISPR Array Repair Lineage tracing (CARLIN), blev udviklet af forskere ved Stamcelleforskningsprogrammet på Boston Children ‘ s Hospital og Dana-Farber Cancer Institute/Harvard Medical School. Det kan bruges til at spore hver celle i kroppen, fra det embryonale stadium til voksenalderen.

Ved hjælp af en “stregkodningsteknik” og CRISPR-genredigeringsteknologi kan CARLIN identificere forskellige celletyper, når de dukker op, og hvilke gener hver tænder. Detaljer om CARLIN dukkede op i tidsskriftet Cell, i en artikel med titlen, “En Konstrueret CRISPR-Cas9 Muselinje til samtidig aflæsning af Slægtshistorier og Genekspressionsprofiler i enkeltceller.”

” denne model udnytter CRISPR-teknologi til at generere op til 44.000 transkriberede stregkoder på en inducerbar måde på ethvert tidspunkt under udvikling eller voksen alder, er kompatibel med sekventiel stregkodning og er fuldt genetisk defineret, ” skrev artiklens forfattere. “Vi har brugt CARLIN til at identificere iboende forstyrrelser i aktiviteten af føtal lever hæmatopoietisk stamcelle (HSC) kloner og til at afdække en tidligere ikke værdsat klonal flaskehals i respons fra HSC’ er til skade.”

“den drøm, som mange udviklingsbiologer har haft i årtier, er en måde at rekonstruere hver enkelt cellelinie, celle for celle, som et embryo udvikler sig, eller som et væv er opbygget,” sagde Fernando Camargo, ph.d., seniorforsker i Stamcelleforskningsprogrammet og co-seniorforfatter på papiret med Sahand Hormose, ph. d., forsker, Dana-Farber Cancer Institute og adjunkt i systembiologi, Harvard Medical School. “Vi kunne bruge denne musemodel til at følge hele dens udvikling.”Camargo og co—first forfattere til deres respektive laboratorier skabte musemodellen ved hjælp af en metode, de kalder CRISPR Array Repair Lineage tracing eller CARLIN. Modellen kan afsløre cellelinjer—”stamtræet”, hvor forældreceller skaber forskellige typer datterceller-samt hvilke gener der tændes eller slukkes i hver celle over tid.

tidligere har forskere kun været i stand til at spore små grupper af celler i mus ved hjælp af farvestoffer eller fluorescerende markører. Tags eller stregkoder er også blevet brugt, men tidligere tilgange krævede forudgående kendskab til markører for at isolere forskellige celletyper eller krævede tidskrævende ekstraktion og manipulation af celler, hvilket kunne påvirke deres egenskaber. Fremkomsten af CRISPR har gjort det muligt for forskere at stregkode celler uden at forstyrre cellerne og følge afstamningen af tusindvis af celler samtidigt.

Ved hjælp af en inducerbar form for CRISPR kan forskerne skabe op til 44.000 forskellige identificerende stregkoder til enhver tid i en muses levetid. Forskerne kan derefter læse stregkoderne ud ved hjælp af en anden teknologi kaldet encellet RNA-sekventering, hvilket muliggør indsamling af information om tusinder af gener, der er tændt i hver stregkodet celle. Dette giver igen information om cellernes identitet og funktion.

som et testtilfælde brugte forskerne det nye system til at afsløre ukendte aspekter af blodudvikling under embryonal udvikling og til at observere dynamikken i blodpåfyldning efter kemoterapi hos voksne mus.

men forskerne mener, at deres system også kunne bruges til at forstå ændringerne i cellulære slægtstræer under sygdom og aldring. Derudover kunne systemet bruges til at registrere reaktionen på miljømæssige stimuli som patogeneksponering og næringsindtag.

“at være i stand til at oprette enkeltcellede afstamningskort over pattedyrvæv er hidtil uset,” sagde Camargo, som også er medlem af Harvard Stem Cell Institute. “Ud over sine mange anvendelser til at studere udviklingsbiologi, vil vores model give vigtig indsigt i de celletyper og hierarkier, der påvirkes, når organismer reagerer på skade og sygdom.”