Novos vídeos psicodélicos impressionantes dão uma ideia de como eram os organismos vivos durante seus primeiros momentos – e os cientistas levaram anos para capturá-los.
Os vídeos fazem parte de um novo atlas de embriões chamado Centro Zebraque mostra onde as células estão localizadas e o que estão fazendo em diferentes estágios de desenvolvimento. O atlas combina vídeos de lapso de tempo de alta resolução de embriões em desenvolvimento com dados que revelam quais genes estão ativados em cada estágio de desenvolvimento.
O atlas cobre os embriões do peixe-zebra (Dinamarca rerio), um tipo de peixinho frequentemente usado em pesquisas biológicas. A maioria dos genes dos pequenos peixes tem análogos próximos nos humanos, e os principais componentes das células são comuns em todo o ramo vertebrado da espécie. árvore da vida.
“Nestas primeiras fases da vida, todos os embriões são muito semelhantes”, disse Loïc Royerum dos desenvolvedores do Zebrahub, líder do grupo de Arquitetura Organismal e diretor de IA de imagem do Chan Zuckerberg Biohub São Francisco. “As formas, os genes, as máquinas moleculares responsáveis por fazer o trabalho de construção de um organismo – é tudo muito semelhante”.
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Royer é o autor sênior de um novo artigo que descreve o Zebrahub, publicado quinta-feira (24 de outubro) na revista Célula. Ele disse que é difícil prever que tipo de descobertas a nova ferramenta poderá permitir, mas estudar os embriões de outras formas de vida poderia responder a questões sobre como os defeitos congênitos e outros doenças congênitas surgem em humanos. Além disso, o novo atlas pode conter pistas sobre a razão pela qual animais como o peixe-zebra podem regenerar partes do corpo após uma lesão, mas nós não podemos, sugeriu ele. E poderia revelar diferenças importantes entre tecidos jovens e envelhecidos, o que poderia ajudar a explicar por que envelhecemos.
Basicamente, o Zebrahub concentra-se em uma questão central. “É essencialmente a questão de como somos construídos”, disse Royer ao WordsSideKick.com. “Se não sabemos como fomos construídos, como esperamos nos 'reparar'?”
O acesso ao Zebrahub é gratuito e oferece ferramentas para ajudar os biólogos a visualizar e usar o tesouro de dados. Porém, para coletar os dados em primeiro lugar, Royer e colegas precisaram desenvolver novos métodos de estudar embriões de peixe-zebra.
Historicamente, os estudos concentraram-se em onde as células estão localizadas dentro de um embrião em desenvolvimento ou em quais genes estão ativos em um determinado momento. Para rastrear a localização das células, os cientistas tiram muitas fotos dos embriões ao microscópio. Desenvolvedores do Zebrahub criou um novo microscópio que varre uma fina camada de luz por todo o embrião, gerando imagens à medida que avança. Essa técnica evita a exposição dos embriões a lasers agressivos que poderiam prejudicá-los.
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A equipe usou seu microscópio para capturar lapsos de tempo de embriões desde o momento da fertilização até cerca de 24 horas de crescimento. (O peixe-zebra eclode cerca de três a quatro dias após a fertilização, portanto, no primeiro dia, os órgãos já começam a se formar.) Os pesquisadores então analisaram esses lapsos de tempo usando um novo software projetado para rastrear os movimentos de cada célula individual no espaço 3D.
Historicamente, para rastrear quais genes do embrião estão ativados, os pesquisadores tiveram que “derreter” os embriões, transformando-os em uma “sopa” que pode então ser analisada por uma máquina, explicou Royer. O problema é que são necessários 30 a 60 embriões, porque transformá-los em sopa inevitavelmente danifica parte do seu material genético, limitando o que resta para analisar.
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Os desenvolvedores do Zebrahub encontraram maneiras de manusear os embriões com muito cuidado, preservando-os bem o suficiente para analisar apenas um embrião por vez. Eles analisaram mais de 120.400 células de 40 embriões e larvas de peixe-zebra com idades entre 10 horas e 10 dias. Eles sequenciaram todas as células ARN – uma molécula que permite às células produzir proteínas a partir de modelos de DNA. A identidade de uma determinada célula pode então ser discernida a partir da sua atividade genética.
Neste nível de resolução, os cientistas detectaram tipos de células que tendem a passar despercebidas por outros métodos, disse Royer. Por exemplo, eles identificaram células-tronco especiais – chamadas progenitores neuromesodérmicos – e mostraram que elas se transformaram em células nervosas e células musculares ao longo do tempo. Pensava-se que as células apenas davam origem aos nervos.
Atualmente, os dados do Zebrahub são baseados em dois conjuntos de embriões: um para timelapses e outro para RNA. No entanto, estes conjuntos de dados podem ser comparados para dar aos cientistas uma ideia da aparência de um embrião quando certos genes são ativados. Olhando para o futuro, Royer e colegas estão a trabalhar na recolha dos mesmos tipos de informação de um único conjunto de embriões, para melhor combinar os dados.
Entretanto, outros grupos de cientistas já estão a utilizar o Zebrahub como ponto de partida para estudar as condições humanas. Por exemplo, um grupo combinou o Zebrahub com os seus próprios dados celulares para investigar quais proteínas poderiam conduzir catarata se forma nos olhos. Eles foram capazes de ver quando vários genes são ativados e desativados à medida que o cristalino do olho se desenvolve.
“Estudamos peixes porque não podemos estudar embriões humanos, por razões óbvias”, disse Royer. “O que aprendemos com os embriões, aprendemos sobre nós mesmos – então estudo peixes porque quero estudar sozinho.”
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