Výskumníci z ETH Zürich a EPFL vo Švajčiarsku rozširujú vznikajúce pole jednobunkovej analýzy pomocou prelomovej metódy: Live-seq umožňuje merať aktivitu tisícok génov v jednej bunke bez toho, aby sa museli izolovať a ničiť.
Moderná biológia sa stále viac snaží pochopiť, prečo sa jednotlivé bunky správajú odlišne. V základnom výskume sú už niekoľko rokov dostupné rôzne vysoko citlivé meracie metódy, ktoré umožňujú špecifickú analýzu jednotlivých buniek. Táto jednobunková analýza umožňuje výskumníkom odhaliť rozdiely medzi bunkami v skupine, nájsť vzácne typy buniek a identifikovať choré bunky – čo pri vzorkách zo zmiešaných bunkových populácií nie je možné.
Vedci stále viac chcú zistiť, ktoré gény v konkrétnej bunke sú zapnuté alebo vypnuté. Dá sa to preskúmať pomocou jednobunkového sekvenovania RNA (scRNA-seq). Čo najviac molekúl mediátorovej RNA v bunkovej tekutine je dekódovaných a spárovaných s ich príslušnými aktívnymi génovými sekvenciami. Týmto spôsobom môže scRNA-seq merať aktivitu tisícov génov v bunke.
Nová oblasť scRNA-seq sa rýchlo rozrástla na dôležitý nástroj v biomedicínskom výskume a dnes obsahuje množstvo techník na analýzu celej messengerovej RNA, známej ako transkriptóm. Ako uviedla Julia Vorholt, profesorka mikrobiológie na ETH Zürich: „Všetky tieto techniky majú jedno spoločné obmedzenie, ktoré sa dlho považovalo za nevyhnutné, a to, že bunky, ktoré sa majú študovať, musia byť izolované a lyzované – a teda zabité.“
Bunková biopsia namiesto bunkovej lýzy
Tím výskumníkov pod vedením Vorholt a profesora systémovej biológie EPFL Barta Deplanckeho teraz prišiel s alternatívou k scRNA-seq: tím tiež analyzuje transkriptóm, ale minimálne invazívnym spôsobom pomocou bunkovej biopsie, čím sa bunka zachová živá a funkčne neporušená – čo je unikát. Vedci predstavili svoju techniku „Live-seq“ v odbornom časopise Nature.
Podľa vedcov je skutočnosť, že analyzovaná bunka neumiera, výhodou sama o sebe: Ako vysvetlila Vorholt: „Našou silnou stránkou je, že môžeme pokračovať v pozorovaní odobratých buniek pod mikroskopom, aby sme videli, ako sa vyvíjajú a správajú.“
Okrem toho Live-seq ponecháva bunky v ich fyziologickom kontexte. Ako dodal Orane Guillaume-Gentil, postdoktorand vo Vorholtovej skupine: „Mikroprostredie a interakcie medzi bunkami zostávajú nedotknuté.“ Spolu s Wanze Chenom z EPFL metódu vyvinuli v laboratóriu.
Založené na mikrosystéme nasávania buniek
Výskumníci položili základy pre záznam transkriptómu živých buniek pred časom na ETH Zürich. Základom je mikrovstrekovací systém FluidFM vyvinutý na ETH Zürich, ktorý dokáže manipulovať s nepatrným množstvom tekutiny pod mikroskopom. Vorholt a jej skupina premenili „najmenšiu injekčnú ihlu na svete“ na metódu extrakcie buniek, aby prepichli jednotlivé živé bunky mikroinjekčnou ihlou a extrahovali ich obsah (pozri článok ETH News).
Tímy vedené Vorholtom a Deplancke teraz ukazujú, že z takýchto bunkových biopsií možno zaznamenať celý transkriptóm. Rozhodujúci prielom nastal, keď sa vedcom podarilo prečítať RNA z týchto malých množstiev bunkovej tekutiny.
Na overenie Live-seq výskumný tím EPFL-ETH preukázal, že ich analytický nástroj dokáže presne identifikovať rôzne typy buniek a stavy buniek bez toho, aby ich rušil. Výskumníci tiež použili svoju platformu na priame zmapovanie zmien v jednotlivých imunitných bunkách pred a po ich aktivácii a v tukových stromálnych bunkách – type kmeňových buniek – pred a po ich diferenciácii na tukové bunky.
Sledovanie aktivity génov v priebehu času
Live-seq teraz môže pomôcť preskúmať nové biomedicínske otázky. Deplancke to vysvetlil podrobnejšie: „Napríklad, prečo sa niektoré bunky diferencujú a ich sesterské bunky nie, alebo prečo sú niektoré bunky odolné voči liekom na rakovinu a ich sesterské bunky nie.“
Live-seq je schopný sledovať aktivitu tisícov génov v jednej bunke v priebehu času prostredníctvom opakovaných meraní. Ako dodala na záver Vorholt: „Analýza jednej bunky sa transformuje z jedného koncového bodu do časovej a priestorovej analytickej metódy.“
Viac informácií:
Live-seq enables temporal transcriptomic recording of single cells
Zdroj: https://ethz.ch, zverejnené: 18. 8. 2022, autor: rpa
