Röviddel a fogantatás után a megtermékenyített petesejt kettéosztódik, majd ezt követően minden egyes új sejt ismét kettéosztódik, Vagyis először két sejt lesz, majd négy, majd nyolc és így tovább. Idővel ezek a sejtvonalak különbözőkké is válnak, és létrehozzák az emberi testben található összes különböző szervet és szövetet, amelyek összesen 36 billió sejtből állnak.

A szakértők ugyanakkor nagyon szeretnék megérteni, hogy az egyes sejtek időben milyen pályát járnak be. „Ez egy olyan probléma, amelynek megoldásáról a hozzám hasonló fejlődésbiológusok már több mint 100 éve álmodoznak” – mondja Alex Schier, a Bázeli Egyetem munkatársa. A legjobb eredmény azonban, amit eddig elértek, az volt, hogy pillanatfelvételeket tudtak készíteni a sejtekről a különböző fejlődési stádiumokban.

Mivel ez a teljes történet tehát továbbra sem ismert, a szakértők rengeteg mindent nem tudnak még arról, hogy a sejtekből pontosan hogyan jönnek létre a szerveink, vagy hogy éppen hogyan gyógyulnak be a sebek az élet későbbi szakaszában. „Igazából csak apró darabjait ismerjük a rejtélynek” – mondja Tanja Stadler, a zürichi ETH komputációs biológusa.

Magad krónikása

Stadler és kollégái, valamint több más csoport szerte a világon ezért most igyekeznek a sejteket saját történetíróikká alakítani, aminek aktuális eredményeiről a kutató csapatával a Nature Reviews Genetics című folyóiratban a napokban számolt be. A szakértők által módosított sejtek képesek jól elkülöníthető genetikai darabkákat beilleszteni a DNS-ükbe.

A technológia ráadásul azt is lehetővé teszi, hogy a sejtek genetikai feljegyzést készítsenek, amikor valamilyen nevezetes eseményt tapasztalnak, például jelet kapnak más sejtektől, vagy egy bizonyos fehérjét állítanak elő. Schier azt reméli, hogy az orvosok egy napon akár még különleges sejtőrszemeket is befecskendezhetnek a testünkbe, hogy nyomon követhessék változó egészségi állapotunkat. „Egy kicsit betegnek érzem magam? Volt egy fertőzésem három hónappal ezelőtt? Hét hónapja higanymérgezésen estem át? Mindezekre a kérdések az őrszemek révén egy napon egyszerűen megtudhatjuk a választ” – véli Schier.

„Ezek a technológiák kulcsfontosságúak lesznek a jövőben, mondja Jay Shendure, a Washington Egyetem biológusa, a DNS-szekvenálás egyik úttörője. A szakértő szerint egy alapvetően új paradigmáról van szó arra vonatkozóan, hogy hogyan mérjük a biológiai változásokat az idő múlásával.

Shendure az első kutatók egyike volt, aki dolgozni kezdett a saját történetüket író sejteken. Az ezredforduló környékén hat hónapot töltött azzal, hogy olyan sejteket hozzon létre, amelyek időről időre képesek megváltoztatni saját DNS-ük egy apró darabkáját. Fél évnyi sikertelenség után azonban végül feladta a projektet. A következő évtizedben aztán a kutatók kifejlesztettek egy új, a korábbinál sokkal nagyobb teljesítményű és hatékonyabb eszközt a DNS szerkesztésére: a bakteriális védekezőmechanizmuson alapuló CRISPR-t. A technológiával lehetségessé vált a sejt genomjának egy választott pontját megcélozni, majd vagy kivágni onnan egy részt, vagy új DNS-t beilleszteni a kérdéses helyre.

Vonalkódba írt sztorik

Shendure és kollégái azt tűzték ki célul, hogy a CRISPR segítségével rögzítik a sejtek történetét. Ehhez zebradániók sejtjeit alakították át, amely a genetikusok kedvelt fajának számít, mivel könnyű a tagjait tanulmányozni, az embriók ugyanis átlátszóak. A kutatók úgy alakították át a halakat, hogy a genomjuk egy tucatnyi helyén tudják vágni a DNS-t vagy hozzáadni ahhoz.

Ezután a szakértők halembriókat növesztettek a sejtekből, és ahogy telt az idő, időnként egy-egy sejt véletlenszerűen megváltoztatta az egyik kérdéses helyet. Amikor a sejt osztódott, az utódsejtek örökölték ezeket a genetikai „sebhelyeket”. Amikor a halak elérték a felnőttkort, a kutatók szekvenálták a DNS-üket. A megváltozott DNS-darabok egyedi vonalkódként működtek, és a közel azonos kódok a szoros rokonságban álló sejteket mutattak.

Shendure és kollégái egy családfán követték nyomon a sejtek közti rokoni kapcsolatokat.

Shendure és csapata 2016-ban közzétette ezeket az eredményeket, szembesültek vele, hogy nem egyedül jutottak erre a felismerésre. „Kiderült, hogy körülbelül tíz embernek támadt egyszerre ugyanez az ötlete” – mondja a szakértő.

Egy test, tízmilliárd történet

Azóta többen közülük együtt dolgoznak azon, hogy új módokon oldják meg a sejttörténetek rögzítését. A Caltechen például Michael Elowitz és kollégái egy olyan rögzítési megoldást fejlesztettek ki, amelyhez nem szükséges, hogy a kutatók elpusztítsák a sejteket, hogy kiolvashassák a történetüket. Ehelyett a sejteket vegyszerekkel öntözik le, amelyek világítani kezdenek, ha egy bizonyos vonalkódot képviselnek.

Elowitz és más kutatók közben azon is dolgoznak azt is kitalálják, hogy a sejtek hogyan tudnának rögzíteni bizonyos eseményeket. Egy immunsejt például „felírhatná”, ha egy vírussal találkozik, vagy a bőrsejtek rögzíthetnék, ha a napfény hatására pigmenteket termeltek.

Shendure és kollégái nemrégiben egy „DNS-írógép” létrehozásával bővítették a sejtek archiváló eszköztárát. Miután egy sejt hozzáad egy jelet a DNS-éhez, közvetlenül a régi mellé egy új jelet tud rögzíteni, őont úgy, mintha egy írógépen vagy kalviatúrán gépelne. A kutatók tucatnyi különböző „billentyűt” hoztak létre, amelyekkel a sejt rögzítheti osztódásának történetét és számos más tapasztalatot is.

A szakértők egyelőre csak Petri-csészében tenyésztett egérsejt-csomókkal tesztelték a fejlesztést.

Schier azt reméli, hogy ezen egerek segítségével képesek lesznek felfedezni a fejlődés számos fontos szabályát, választ adva az olyan kérdésekre, mint hogy például hányféleképpen lehet például szívet növeszteni. „Remélem, sok újdonságot találhatunk így” – mondja.