Ученые впервые смогли наблюдать, как клетки из разных уголков тела животного «общаются» друг с другом в реальном времени. Новая технология визуализации WHOLISTIC, разработанная в Медицинском институте Говарда Хьюза (США), позволяет буквально заглянуть внутрь живого организма и увидеть сигналы, которыми обмениваются миллиарды клеток. Результаты работы опубликованы в журнале Nature.
© Global Look Press
Как работает технология WHOLISTIC
До сих пор биологи зачастую не рассматривали весь организм как цельную систему: органы и ткани изучались почти всегда по отдельности. Микроскопы давали детальное представление об устройстве клеток, вскрытие помогало представить, как устроены ткани, а рентген показывал общую картину внутренних систем организма. Но понять, как клетки координируют свою работу в масштабах всего организма, было почти невозможно. Теперь метод WHOLISTIC решил эту проблему.
В основе технологии лежит наблюдение над функциями кальция в организме. Дело в том, что клетки используют ионы кальция как сигналы, запускающие сокращение мышц, передачу нервных импульсов, оплодотворение и даже запрограммированную гибель клеток. С помощью генетической модификации ученые заставили практически каждую клетку подопытного организма вырабатывать флуоресцентные сенсоры кальция. Когда содержание кальция в клетке менялось, она начинала светиться. Каждую секунду исследователи фиксировали это свечение специальной камерой. В итоге они получили наглядную карту взаимодействия клеток в организме.
Эксперименты были проведены на прозрачных рыбах. Первые опыты ставились на личинках рыбы данио-рерио. Затем ученые использовали лечеперую рыбу Danionella cerebrum, которая сохраняет прозрачность и во взрослом возрасте.
Какие открытия сделали нейробиологи
В ходе исследования выяснилось, что хрящевые клетки (хондроциты) светятся, реагируя на холод. Ранее такая реакция была неизвестна. Когда рыбам ввели кетамин, оказалось, что на препарат отреагировали не только нейроны, но и защитные оболочки мозга. Были выявлены неизвестные до этого времени типы взаимодействия между мышцами и внутренними органами. Ученым также удалось заснять, как ствол головного мозга распределяет кровоток по организму.
«Эволюция создала работающие организмы, но ей было все равно, реализуется ли то или иное решение в префронтальной коре или в соединении между стволом мозга и мочевым пузырем. Теперь же физиология, нейробиология и клеточная биология могут изучаться на одном животном», — говорит нейробиолог Миша Аренс.
Исследователи надеются, что ученые по всему миру смогут адаптировать WHOLISTIC для своих изысканий и получить беспрецедентные данные о работе организма как единого целого.
