A kutatók legutóbbi időkig két módon tudták vizsgálni a génaktivitást: vagy egyetlen sejt génjeinek működését állapították meg anélkül, hogy ismerték volna ennek szöveten belüli helyét, vagy sok ezer sejt átlagos génaktivitását mérték fel a szövetben. Egy új módszer, a spaciális transzkriptomika azonban lehetővé teszi, hogy sok ezer gén működését monitorozzák egy szöveten belül úgy, hogy az érintett sejtek pozíciója is pontosan ismert.
Egy napokban tartott online tanácskozáson a módszert már használó kutatócsoportok felvillantották, hogy milyen nagy lehetőségek rejlenek az új technikában. Douglas Strand, a Texasi Egyetem kutatója például kollégáival igazolta, hogy a húgyhólyagtumorokat körülvevő, látszólag egészséges szövetekben a sejtek a szokásoshoz képest eltérő génaktivitást mutatnak, amely inkább hasonlít a tumorsejtek működéséhez, mint az egészséges sejtekéhez. A módszer a tumorokon belül is érdekességeket tárt fel: úgy tűnik, hogy a tumorsejtek sem egyformák, és egyesek közülük olyan aktivitást mutatnak, amely hajlamosabbá teszi őket az áttétek képzésére, vagyis hogy a szervezet más részein újabb tumorok kialakulását segítsék elő.
Az új módszerről először 2016-ban számolt be egy svéd kutatócsoport. A megoldás lényege, hogy a génaktivitás szempontjából vizsgálni kívánt sejteket a génaktivitásról árulkodó mRNS kinyerése előtt apró, egyedi DNS-címkékkel vonják be, amelyek alapján azonosítható, hogy hol helyezkedtek el a szövetben. A sejtekből kivont mRNS-ek aztán kapcsolódnak ezekhez DNS-címkékhez, így pontosan megmondható, hogy melyik mRNS honnan származik, és feltérképezhető a szövetdarab teljes génaktivitása. Ami rengeteg új információt tár fel a korábbi módszerekhez képest, amelyek egyes sejtek kiemelésén vagy a szövet sejtekre darálásán alapultak.
A tanácskozáson a COVID-19 kapcsán is elhangzottak új eredmények. Christopher Mason, a Cornell genetikusa a betegek szövetmintáin végzett spaciális transzkriptomikai vizsgálatokat, egészséges, influenzás és más akut légzőszervi problémákban szenvedők szöveteivel vetve össze ezeket. A kutatócsoport által alkalmazott módszerrel egyszerre számos gén monitorozható, bár az egyes sejtek aktivitása nem állapítható meg teljes pontossággal. (Más, szintén a svéd módszerre épülő technikák kevesebb gént monitoroznak nagyobb sejtszintű pontossággal.) Mason és társai többek közt annak a sejtfelszíni receptornak az aktivitását vizsgálták, amelyet a SARS-CoV-2 célba vesz, illetve immunsejtekkel kapcsolatos génműködéseket is feltérképeztek.
Eredményeik szerint míg az egészséges tüdőszövetben a markofágok a sejtek kevesebb mint 4 százalékát teszik ki, a COVID-19-es tüdőben arányuk akár az 50 százalékot is elérheti. Vagyis a tüdőszövet alapvetően megváltozik. Ezt ráadásul más változások is kísérik a vizsgálatok alapján: a betegség késői szakaszában alapvetően átalakul a sejtszintű szerkezet és a sejtekhez kapcsolódó véredények is megváltoznak.
Mason, illetve más kutatócsoportok is vizsgálták a COVID-19-ben szenvedők más szöveteit is. Az eredmények alapján a SARS-CoV-2 lekapcsolja az orrban a szagérzékelő sejtek bizonyos génjeit, illetve átrendezi az orrnyálkahártya sejtszerkezetét. Ezek a változások állhatnak a szag- és ízérzékelés elvesztése mögött, amit sokan észlelnek a fertőzöttek közül. A vírus a szívben is alapvető változásokat okozhat: egyes betegekben a szívizomsejtek ugyan a mikroszkóp alatt normálisnak tűnnek, de ahogy Mason mondja, ha az ember megnézi a génaktivitásukat, olyan, mintha egyszerűen elfelejtették, hogy mi lenne a dolguk.
A Stanford kutatója, Andrew Yang Alzheimer-kóros betegek agyszövetét vizsgálta hasonló módszerekkel annak megértése érdekében, hogy miért lehetséges, hogy egyeseknél az amiloid lerakódások ellenére sem alakul ki a betegség, míg másoknál igen. Úgy tűnik, hogy az Alzheimer-kóros betegekben a plakkok közelében lévő sejteknél magas aktivitásúak azok a gének, amelyek az idegsejtek közti kapcsolatok felbontásában játszanak szerepet. Más szokatlanul aktív gének a mikroglia sejtjeit érintik, ezek valamiféle gyulladásos folyamatot váltanak ki a szinapszisokban.
Az eredményekből látszik, hogy a spaciális transzkriptomika valóban nagyon fontos részleteket tárhat fel a különböző betegségekkel kapcsolatban. A jelenlegi megoldások ugyan még nem működnek minden szövettípuson egyforma hatékonysággal, valamint elég lassúak és drágák is, de folyamatban van a költséghatékonyabb és gyorsabb módszerek kidolgozása. Ezek egyikéről a megbeszélésen már be is számolt Robert Stickels, a Broad Intézet genetikusa.
