każdy organizm ma swoje własne drzewo genealogiczne. I jak każde drzewo genealogiczne, drzewo genealogiczne organizmu jest bardziej interesujące, jeśli jest zarówno kompletne, jak i bogate w szczegóły. Oznacza to, że każdy członek drzewa genealogicznego powinien być wyświetlany w odpowiednim miejscu wraz z niektórymi informacjami biograficznymi. W przypadku organizmu—na przykład myszy—członkami drzewa genealogicznego są pojedyncze komórki, a informacje biograficzne składają się z profili ekspresji genów.

gdyby można było zebrać wszechstronne drzewa genealogiczne całego organizmu, naukowcy dowiedzieliby się wiele o rozwoju, starzeniu się i chorobach. Niestety, drzewa genealogiczne, które śledzą rozwój tkanki lub organizmu, zostały ograniczone do małych grup komórek lub stały się niejasno podejrzane, ze względu na zniekształcenia spowodowane przez inwazyjne techniki oceny komórek.

dobrą wiadomością jest to, że opracowano nową technologię, która może służyć jako rodzaj ancestry.com dla komórek organizmu. Oznacza to, że obiecuje połączenie informacji o przodkach komórek ze szczegółowymi odczytami molekularnymi, takimi jak podpisy transkrypcyjne.

technologia, która nazywa się CRISPR Array Repair Lineage tracing (CARLIN), została opracowana przez naukowców z Programu Badań nad komórkami macierzystymi w Boston Children ’ s Hospital i Dana-Farber Cancer Institute/Harvard Medical School. Może być używany do śledzenia każdej komórki w ciele, od stadium embrionalnego do dorosłości.

wykorzystując technikę „barcoding” i technologię edycji genów CRISPR, CARLIN może zidentyfikować różne typy komórek, gdy się pojawiają i jakie geny włączają się. Szczegóły na temat Carlina pojawiły się w czasopiśmie Cell, w artykule zatytułowanym ” Inżynierska linia myszy CRISPR-Cas9 do jednoczesnego odczytu historii linii i profili ekspresji genów w pojedynczych komórkach.”

” Ten model wykorzystuje technologię CRISPR do generowania do 44 000 przepisanych kodów kreskowych w indukcyjny sposób w dowolnym momencie rozwoju lub dorosłości, jest kompatybilny z sekwencyjnymi kodami kreskowymi i jest w pełni genetycznie zdefiniowany ” – napisali autorzy artykułu. „Użyliśmy CARLIN do identyfikacji wewnętrznych uprzedzeń w aktywności klonów hematopoetycznych komórek macierzystych (HSC) płodu i odkrycia niedocenianego wcześniej wąskiego gardła klonalnego w odpowiedzi na uszkodzenia HSCs.”

„marzeniem, które wielu biologów rozwojowych miało od dziesięcioleci, jest sposób na rekonstrukcję każdej linii komórkowej, komórka po komórce, w miarę rozwoju zarodka lub budowania tkanki”, powiedział dr Fernando Camargo, starszy badacz w programie badań nad komórkami macierzystymi i współautor artykułu z dr Sahand Hormoz, badaczem, Dana-Farber Cancer Institute i adiunktem biologii systemów, Harvard Medical School. „Moglibyśmy użyć tego modelu myszy do śledzenia całego jego rozwoju.”

Camargo, Hormoz i współautorzy dla swoich laboratoriów-Sarah Bowling, PhD, i Duluxan Sritharan—stworzyli model myszy przy użyciu metody, którą nazywają CRISPR Array Repair Lineage tracing, lub CARLIN. Model może ujawnić linie komórkowe— „drzewo genealogiczne”, w którym komórki macierzyste tworzą różne typy komórek potomnych—a także jakie geny są włączane lub wyłączane w każdej komórce w czasie.

wcześniej naukowcy byli w stanie prześledzić tylko małe grupy komórek u myszy za pomocą barwników lub markerów fluorescencyjnych. Stosowano również znaczniki lub kody kreskowe, ale wcześniejsze podejścia wymagały wcześniejszej znajomości markerów w celu wyizolowania różnych typów komórek lub wymagały czasochłonnej ekstrakcji i manipulacji komórkami, co mogło wpłynąć na ich właściwości. Pojawienie się CRISPR umożliwiło naukowcom kodowanie komórek bez zakłócania komórek i śledzenie linii tysięcy komórek jednocześnie.

wykorzystując indukcyjną formę CRISPR, naukowcy mogą stworzyć do 44 000 różnych identyfikujących kodów kreskowych w dowolnym momencie życia myszy. Naukowcy mogą następnie odczytać kody kreskowe za pomocą innej technologii zwanej sekwencjonowaniem RNA jednokomórkowego, umożliwiając zbieranie informacji o tysiącach genów włączonych w każdej komórce z kodem kreskowym. To z kolei dostarcza informacji o tożsamości i funkcji komórek.

jako przypadek testowy naukowcy wykorzystali nowy system do ujawnienia nieznanych aspektów rozwoju krwi podczas rozwoju embrionalnego i zaobserwowania dynamiki uzupełniania krwi po chemioterapii u dorosłych myszy.

ale naukowcy uważają, że ich system może być również wykorzystany do zrozumienia zmian w drzewach linii komórkowych podczas chorób i starzenia się. Ponadto system może być używany do rejestrowania reakcji na bodźce środowiskowe, takie jak narażenie na patogeny i spożycie składników odżywczych.

„możliwość tworzenia map linii jednokomórkowych tkanek ssaków jest bezprecedensowa”, powiedział Camargo, który jest również członkiem Harvard Stem Cell Institute. „Oprócz wielu zastosowań w badaniach biologii rozwoju, nasz model zapewni ważny wgląd w typy i hierarchie komórek, które są dotknięte, gdy organizmy reagują na urazy i choroby.”