Uusi tekniikka tallentaa lähes jokaisen solun toiminnan elävässä eläimessä

HHMI's Janelia Research Campusin tutkijat ovat kehittäneet tekniikan, joka pystyy tallentamaan reaaliaikaisia viestintäsignaaleja lähes jokaisesta elävän selkärankaisen solusta. Tämä on biologian saralla ensimmäinen kerta, kun saadaan näin ennennäkemätön näkymä siihen, miten kehon elimet ja järjestelmät koordinoivat toimintaansa reaaliajassa.

Uusi tapa kuunnella kehoa

Menetelmä, nimeltään WHOLISTIC (WHole Organism Live Imaging System for recording Tissue and IntraCellular activity), on Janelian vanhemman ryhmänjohtajan Misha Ahrensin laboratoriossa työskentelevän tutkijatohtori Virginie Ruettenin kehittämä, ja se julkaistiin keskiviikkona Nature-lehdessä. Seuraamalla kalsiumsignaaleja, joita solut käyttävät molekyylitason viestintään naapureidensa kanssa, järjestelmä tallentaa seeprakalan toukan sydän- ja verisuoni-, ruoansulatus- ja hermoston soluaktiivisuuden yhdellä kertaa.eurekalert+2

Tekniikka perustuu Ahrensin laboratorion yli vuosikymmenen kestäneeseen työhön, jossa kehitettiin menetelmiä kalsiumsignaalien kuvaamiseen koko seeprakalan toukan aivoista. WHOLISTIC laajentaa tämän lähestymistavan koko kehoon käyttämällä nopeaa tilavuusfluoresenssikuvantamista ja laskennallisia työkaluja signaalien seuraamiseen ja kohdistamiseen eri kudosten ja solutyyppien välillä.phys

"Tämä työ yhdistää kaksi biologian perustavanlaatuista mittakaavaa, solun ja organismin, niin että voimme nyt täyttää tämän havainnointiaukon", Ruetten sanoi.eurekalert+1

Varhaiset löydökset

Menetelmä on jo tuottanut tuloksia, kuten havainnon siitä, että aivorunko ohjaa veren virtauksen uudelleen suolistosta aivoihin ja lihaksiin vähähappisissa olosuhteissa. Tutkijat havaitsivat myös selkäydintä pitkin kulkevia aktiivisuusoskillaatioita, jotka saivat alkunsa ependyymasoluista motorisen levon aikana, mikä viittaa siihen, että näillä soluilla voi olla rooli unessa. Järjestelmä paljasti myös, että ketamiini stimuloi aivokalvoja yhdessä hermosolujen kanssa, ja tunnisti rustosolut eli kondrosyytit kylmälle reagoiviksi.phys

"Tiedämme, että evoluutio on tuottanut toimivia organismeja, mutta evoluutiota ei kiinnostanut, toteutettiinko päätös aivojen etuotsalohkossa vai aivorungon ja virtsarakon välisessä yhteydessä", Ahrens totesi.hhmi+1

Katse tulevaisuuteen

Tiimi, johon kuului yhteistyökumppaneita University College Londonista, Virginia Techistä ja Tsinghuan yliopistosta, mukauttaa menetelmää parhaillaan käytettäväksi Danionella-kalalla, joka pysyy läpinäkyvänä koko elämänsä ajan, mikä mahdollistaa monimutkaisempien käyttäytymismallien tutkimisen. Menetelmässä käytettävä mikroskooppi on yleinen biologian laboratorioissa, ja laskennalliset työkalut ovat avointa lähdekoodia, mikä tekee lähestymistavasta tutkijoiden saatavilla maailmanlaajuisesti.hhmi+2

"Loppujen lopuksi mitään piilotettuja osia ei enää ole, ja uskon, että siinä vaiheessa meillä on mahdollisuus todelliseen, täydelliseen ymmärrykseen", Ahrens sanoi.phys