Міжнародна команда науковців розробила метод візуалізації, який дозволяє спостерігати, як клітини обмінюються сигналами по всьому тілу живої тварини. Про роботу, описану в журналі Nature, розповідає видання ScienceAlert.
Досі біологам бракувало інструментів, щоб одночасно бачити й дрібні клітинні процеси, і роботу організму як єдиного цілого. Окремі органи та системи зазвичай вивчалися ізольовано, хоча в реальності вони постійно обмінюються сигналами.
Як працює система WHOLISTIC
Нову техніку назвали WHOLISTIC (WHole-Organism Live-Imaging System for recording Tissue and IntraCellular activity) – система живого зображення всього організму для запису тканинної та внутрішньоклітинної активності.
Комп’ютерна нейробіологиня Віржині Рюттен (Virginie Ruetten) та її колеги з Інституту медичних досліджень Говарда Г’юза в США створили підхід, який заповнює «прогалину спостережуваності» між рівнем окремої клітини та всього організму. За їхніми словами, багато базових властивостей живих систем залишалися невидимими саме тому, що було важко дивитися на клітинні відповіді в масштабі всього тіла.
WHOLISTIC фіксує активність клітин по всьому організму з секундною роздільною здатністю. Для цього дослідники використали генетичну інженерію: майже всі клітини тіла риб були змушені виробляти флуоресцентні кальцієві сенсори.
Ці сенсори засвічуються, коли рівень кальцію в клітині змінюється. Оскільки кальцій є майже універсальним сигналом для клітинної комунікації, така «підсвітка» дозволяє в реальному часі бачити, де й коли проходять сигнали.
Один канал флуоресценції виявився достатнім, щоб за характерними візуальними «текстурами» розрізняти органи й тканини. Області з жовтуватим сяйвом відповідають сильнішій флуоресценції кальцієвого сенсора.
Прозорі риби як модель для цілого організму
Першими об’єктами для WHOLISTIC стали природно прозорі тварини. Спочатку команда працювала з личинками даніо-реріо (зебрафіш), а потім перейшла до іншого прісноводного виду – Danionella cerebrum, який зберігає прозорість і в дорослому віці.
Обидва види є важливими модельними організмами в біології та нейронауці. Можливість бачити, як клітини в їхньому тілі «спілкуються» між різними органами, може підказати, як подібні системи працюють і в організмі людини.
Нейробіолог Міша Аренс (Misha Ahrens), у лабораторії якого виконувалася робота, наголошує, що еволюція створила працездатні організми, не «дбаючи» про те, де саме в тілі реалізується певне рішення – у префронтальній корі чи, наприклад, у зв’язку між стовбуром мозку та сечовим міхуром. Новий метод дозволяє фізіології, нейронауці, поведінковим дослідженням і клітинній біології вивчати всі ці рівні в одній і тій самій тварині.
Команда також продемонструвала можливості підходу у відеоформаті; відповідні записи можна знайти у відкритому доступі, зокрема на популярних відеоплатформах.
Неочікувані сигнали в хрящі, мозкових оболонках і м’язах
Цілісний погляд на організм уже приніс кілька несподіваних результатів. Дослідники побачили, що кальцієві сенсори в хондроцитах – основних клітинах, які формують хрящ – активуються у відповідь на холод. Раніше такі реакції в цих клітинах не були очевидними.
Ще одна знахідка стосувалася оболонок мозку (менінгів). Виявилося, що на кетамін реагують не лише нейрони, а й захисні тканинні шари навколо мозку. Це вказує на більш складну участь не нейронних клітин у відповіді мозку на фармакологічні впливи.
На масштабі кількох органів метод показав раніше невідомі синхронні роботи м’язів і взаємодії між м’язами та іншими органами. А на рівні всього організму WHOLISTIC зафіксував, як стовбур мозку керує перерозподілом кровотоку по тілу.
Що це означає для майбутніх досліджень
Оскільки кальцій задіяний у величезній кількості процесів – від скорочення м’язів і передачі сигналів у синапсах до запліднення та запрограмованої загибелі клітин, – можливість бачити його «мову» по всьому тілу відкриває нові горизонти для біології.
Автори сподіваються, що їхню методику зможуть адаптувати лабораторії по всьому світу. Це дасть змогу вивчати організм як єдину систему, а не набір ізольованих частин, і виявляти зв’язки між клітинними подіями та поведінкою, фізіологією й роботою органів.
Поки що техніка продемонстрована на прозорих рибах, але дослідники розглядають її як крок до глибшого розуміння того, як «розмовляють» клітини в живих системах загалом.
#Новий #метод #показав #як #клітини #спілкуються #по #всьому #тілу #риби
Source link
