Китайски изследователи са картографирали първата в света пълна генетична карта на човешки ембриони с изтичане на времето по време на критичен едномесечен прозорец на развитие. Пробивът позволява на учените да преминат през ограничени, локализирани наблюдения до цялостна, движеща се картина на това как се формират човешките органи.
Изследването, публикувано наскоро в списание Nature, се фокусира върху периода между четири и осем седмици след оплождането. Изследователите казват, че тези данни ще осигурят жизненоважно ръководство за определяне на точния произход на вродените дефекти.
Проектът беше съвместно усилие на университета Фудан в Шанхай, университета Жеджианг в Ханджоу и BGI Life Science Research Institution в Шенжен, провинция Гуангдонг.
Експертите отдавна смятат прозореца от четири до осем седмици за изследователска „сляпа точка“. Известно е, че е трудно да се поддържат ембриони в лаборатория на този етап и стандартните медицински изображения не могат да уловят точни подробности за развитието.
И все пак генетичните инструкции, изпратени по време на тази фаза, диктуват цялата траектория на човешкото развитие. Грешки през това време могат да доведат до вродени сърдечни дефекти, проблеми с развитието на мозъка и други състояния. Досега по-старите технологии за генно секвениране не можеха да осигурят безпроблемна, пълна картина на този решаващ период от време.
Анализирайки 13 проби от човешки ембриони, екипът изследва 50 органа или анатомични области и 198 по-малки подкомпартмента. Те успешно картографираха как основните органи – включително сърцето, мозъка, черния дроб, бъбреците и скелета – растат от нулата. Картата отговаря на фундаментални научни въпроси за това кога и къде точно се появяват конкретни клетки и какви химически сигнали ги карат да растат.
При внимателно разглеждане на пейсмейкъра на сърцето – специализираната зона, която контролира ритъма на сърдечния ритъм – изследването открива два неизвестни досега гена, наречени RORA и KIAA1324L. Лабораторни тестове върху риби зебра и мишки потвърдиха, че тези гени са от съществено значение за създаването на пейсмейкърни клетки и поддържането на стабилен ритъм на сърцето. Това откритие отваря нова врата за изследване на наследствените нарушения на сърдечния ритъм.
Проучването също преначертава картата на ранното развитие на мозъка, разкривайки, че невроните – сигналните клетки на мозъка – се развиват много по-рано, отколкото се е преподавало преди.
„Това е откритие, променящо учебниците“, каза Хуанг Хефенг, водещ учен в екипа и експерт по репродуктивна медицина към Китайската академия на науките.
„Идентифицирахме и генетичните комуникационни мрежи, свързани с проблемите на интелектуалното развитие“, каза Хуанг. „Това ни дава нови прозрения за микроскопичната основа на разстройствата на неврологичното развитие.“
В допълнение, изследването набелязва точно къде и кога вирусните рецептори – специфичните клетъчни „докинг станции“, които вирусите използват, за да нахлуят в клетките – се появяват в растящия ембрион. Хуанг отбеляза, че това обяснява защо различните органи са уязвими към специфични вирусни инфекции в различни моменти от бременността, откритие, което има голяма клинична стойност за защита на неродените бебета.
Джианг Хуа, директор на Болницата по акушерство и гинекология към университета Фудан, сравни изследването с високопрецизна GPS навигационна карта. Той каза, че предоставя жизненоважни генетични координати за разбиране на ранния растеж на органите и корените на вродените заболявания, което ще помогне на лекарите да подобрят начина, по който наблюдават ранните бременности.