Ecco come da una cellula si forma un intero organismo, in poche ore / This is how a whole organism is formed from a cell in a few hours

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

In tre articoli un gruppo di ricerca di Harvard ricostruisce la biografia di un organismo da una singola cellula uovo fecondata ad un embrione di 24 ore di vita

In tutte le specie, gli individui nascono da unasingola cellula uovo fecondata, che si divide, dando vita ad altre cellule, le quali a loro volta si differenziano in organi e tessuti diversi e vanno a costituire un organismo pluricellulare. Un dato ben noto alla scienza, il cui processo completo, passo dopo passo, non era però stato ancora ricostruito in maniera dettagliata. Così i ricercatori della Harvard Medical School negli Stati Uniti hanno ripercorso tutti gli step che portano da una cellula a un organismo pluricellulare, fornendo una moviola di ciò che avviene all’interno di due specie, il pesce zebra, un piccolo pesce d’acqua dolce, e gli embrioni di rana. I risultati sono stati pubblicati in tre paper online su Science.

L’idea dei ricercatori è quella di partire da fotogrammi multipli che riproducono l’attività genetica delle cellule nelle due specie scelte durante il loro sviluppo iniziale, per poi mettere insieme i dati in una sorta di moviola, in un video che descrive la storia di come questi embrioni sono cresciuti, cellula dopo cellula, tenendo conto degli intervalli temporali di minuti o ore.

Gli scienziati sono partiti da embrioni di pesce zebra di 4 ore di vita per arrivare a osservarne l’assetto a 24 ore, il tutto tramite la recente tecnica del sequenziamento del dna di una singola cellula. Per mappare l’evoluzione dell’organismo, inoltre, i ricercatori hanno utilizzato dei traccianti genetici, iniettati all’interno della cellula: proprio come degli evidenziatori di informazioni, questi traccianti permettono di seguire il movimento della cellula e quello delle sue figlie.

Così è possibile vedere come da una sola cellula uovo fecondata ne nascano tante altre, che vanno a formare tessuti e organi diversi, come il cuore, i nervi e la pelle. “Con questa tecnica di sequenziamento di una singola cellula”, ha sottolineato Allon Klein, coautore di due dei tre studi su Science, “possiamo, in un solo giorno di lavoro, ricapitolare decine di anni di accurate ricerche sul comportamento delle cellule nelle primissime fasi di vita. Con questi approccio che abbiamo sviluppato stiamo tracciando la strada di ciò che pensiamo possa essere il futuro della biologia, una scienza che si trasformerà in quantitativa e basata sui big-data”.

Comparando i risultati dell’analisi delle cellule del pesce zebra con quelle della rana, i ricercatori hanno avuto anche dei risultati inattesi: ad esempio i percorsi biologici con cui si sviluppano determinate cellule variavano da una specie all’altra, mentre l’attività di alcuni geni nel dna della cellula si differenziava di più, nei due diversi animali, di quanto si pensasse – anche se alcuni fattori genetici chiave alla base della trascrizione genica sono simili.

Nel terzo studio, poi, gli autori hanno messo a punto un metodo computazionale per tracciare e localizzare le cellule del pesce zebra in via di sviluppo: mentre il gruppo campionava le cellule ogni 45 minuti per circa 9 ore, un software ne ricostruiva la biografia, andando a registrare i dati dell’attività genetica. Ed anche in questo caso sono emerse delle sorprese. I ricercatori si aspettavano che, una volta che la cellula avesse intrapreso una strada biologico (ad esempio la formazione di un dato tessuto), associato ad una determinata attività genetica, questa strada venisse necessariamente percorsa fino alla fine: al contrario, in certi casi, le cellule cambiavano attività e dunque il percorso biologico non veniva mantenuto.

Così, questo nuovo approccio, oltre a fornire delle linee guida per studiare il genoma di queste specie, spiegano gli scienziati, potrebbero aprire la anche aiutare a comprendere non solo lo sviluppo degli embrioni, ma anche quello dei tumori o delle malattie neurodegenerative. E questi tre studi potrebbero fornire una sorta di ricetta, concludono gli autori, per gli scienziati che lavorano con le cellule staminali e per l’ingegnerizzazione dei tessuti: capire passo passo come si forma un organo da una singola cellula è un processo utile anche per la costruzione di nuovi tessuti in laboratorio.

ENGLISH

In three articles, a Harvard research group reconstructs the biography of an organism from a single fertilized egg cell to a 24-hour embryo

In all species, individuals are born from a single fertilized egg cell, which divides, giving life to other cells, which in turn differ in different organs and tissues and constitute a multicellular organism. A fact well known to science, whose complete process, step by step, had not yet been reconstructed in detail. So the Harvard Medical School researchers in the United States have retraced all the steps that lead from a cell to a multicellular organism, providing a moviola of what happens inside two species, the zebrafish, a small freshwater fish , and frog embryos. The results were published in three online papers on Science.

The idea of ​​the researchers is to start from multiple frames that reproduce the genetic activity of the cells in the two species chosen during their initial development, and then put the data together in a sort of slow motion, in a video that describes the history of how these embryos are grown, cell by cell, taking into account the time intervals of minutes or hours.

Scientists started off with embryos of 4-hour-old zebrafish to observe their 24-hour set-up, all through the recent DNA sequencing technique of a single cell. Furthermore, to map the evolution of the organism, the researchers used genetic tracers, injected into the cell: just as information markers, these tracers allow to follow the movement of the cell and that of its daughters.

Thus it is possible to see how many others are born from a single fertilized egg, which form different tissues and organs, such as the heart, the nerves and the skin. "With this technique of sequencing a single cell," said Allon Klein, coauthor of two of the three studies in Science, "we can recapitulate dozens of years of careful research on cell behavior in the very early stages in a single day's work. of life. With this approach that we have developed we are tracing the path of what we think may be the future of biology, a science that will turn into quantitative and based on big-data ".

Comparing the results of the analysis of zebrafish cells with those of the frog, the researchers also had unexpected results: for example the biological pathways with which certain cells develop varied from one species to another, while the activity of some genes in the cell's DNA differed more, in the two different animals, than previously thought - although some key genetic factors behind gene transcription are similar.

In the third study, then, the authors developed a computational method to trace and locate the cells of the developing zebrafish: while the group sampled the cells every 45 minutes for about 9 hours, a software reconstructed the biography, going to record data on genetic activity. And even in this case surprises emerged. The researchers expected that, once the cell had taken a biological path (for example the formation of a given tissue), associated with a certain genetic activity, this road was necessarily traveled to the end: on the contrary, in some cases, the cells changed activity and therefore the biological path was not maintained.

Thus, this new approach, in addition to providing guidelines for studying the genome of these species, scientists explain, could also open the way to help understand not only the development of embryos, but also that of tumors or neurodegenerative diseases. And these three studies could provide a sort of recipe, the authors conclude, for scientists working with stem cells and for tissue engineering: understanding step by step how an organ is formed from a single cell is a useful process for the construction of new fabrics in the laboratory.

Da:

https://www.galileonet.it/2018/04/80664/?utm_campaign=Newsatme&utm_content=Ecco%2Bcome%2Bda%2Buna%2Bcellula%2Bsi%2Bforma%2Bun%2Bintero%2Borganismo%2C%2Bin%2Bpoche%2Bore&utm_medium=news%40me&utm_source=mail%2Balert