De nouvelles vidéos psychédéliques saisissantes donnent un aperçu de ce à quoi ressemblent les organismes vivants à leurs premiers instants – et il a fallu des années aux scientifiques pour les capturer.
Les vidéos font partie d’un nouvel atlas d’embryons appelé Moyeu zébréqui montre où se trouvent les cellules et ce qu’elles font à différents stades de développement. L’atlas combine des vidéos accélérées haute résolution d’embryons en développement avec des données révélant quels gènes sont activés à chaque étape du développement.
L’atlas couvre les embryons de poisson zèbre (Danio Rério), un type de méné souvent utilisé dans la recherche biologique. La majorité des gènes des petits poissons ont des analogues proches chez les humains, et les principaux composants des cellules sont communs à toute la branche vertébrée du corps. arbre de la vie.
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« À ces premiers stades de la vie, tous les embryons sont très similaires », a déclaré Loïc Royerl’un des développeurs de Zebrahub, leader du groupe Organismal Architecture et directeur de l’IA en imagerie au Chan Zuckerberg Biohub de San Francisco. « Les formes, les gènes, les machines moléculaires qui sont responsables du travail de construction d’un organisme, tout est très similaire. »
Royer est l’auteur principal d’un nouvel article décrivant Zebrahub, publié jeudi 24 octobre dans la revue Cellule. Il a déclaré qu’il était difficile de prédire quel type de découvertes le nouvel outil pourrait permettre, mais l’étude des embryons d’autres formes de vie pourrait répondre à des questions sur la façon dont les malformations congénitales et autres troubles congénitaux surgissent chez les humains. En outre, le nouvel atlas pourrait contenir des indices sur la raison pour laquelle des animaux comme le poisson zèbre peuvent régénérer certaines parties de leur corps après une blessure, mais nous ne le pouvons pas, a-t-il suggéré. Et cela pourrait révéler des différences clés entre les tissus jeunes et vieillissants, ce qui pourrait aider à expliquer pourquoi nous vieillissons.
À la base, Zebrahub se concentre sur une question centrale. « C’est essentiellement la question de savoir comment nous sommes construits », a déclaré Royer à Live Science. « Si nous ne savons pas comment nous sommes construits, comment pouvons-nous espérer nous « réparer » ?
Zebrahub est d’accès gratuit et propose des outils pour aider les biologistes à visualiser et à utiliser la mine de données. Cependant, pour collecter les données en premier lieu, Royer et ses collègues devaient développer de nouvelles méthodes d’étudier les embryons de poisson zèbre.
Historiquement, les études se sont concentrées soit sur l’emplacement des cellules dans un embryon en développement, soit sur les gènes actifs à un moment donné. Pour suivre l’emplacement des cellules, les scientifiques prennent de nombreux instantanés des embryons au microscope. Les développeurs de Zebrahub créé un nouveau microscope qui balaie une fine couche de lumière sur tout l’embryon, générant des images au fur et à mesure. Cette technique évite d’exposer les embryons à des lasers agressifs qui pourraient leur nuire.
L’équipe a utilisé son microscope pour capturer des timelapses d’embryons depuis le moment de la fécondation jusqu’à environ 24 heures de croissance. (Le poisson zèbre éclot environ trois à quatre jours après la fécondation, donc dès le premier jour, les organes commencent déjà à se former.) Les chercheurs ont ensuite analysé ces timelapses à l’aide de un nouveau logiciel conçu pour suivre les mouvements de chaque cellule individuelle dans l’espace 3D.
Historiquement, pour déterminer quels gènes de l’embryon sont activés, les chercheurs devaient « faire fondre » les embryons, les transformant en une « soupe » qui pouvait ensuite être analysée par une machine, a expliqué Royer. Le problème est qu’il faut 30 à 60 embryons, car les transformer en soupe endommage inévitablement une partie de leur matériel génétique, limitant ce qui reste à analyser.
Les développeurs de Zebrahub ont trouvé des moyens de manipuler les embryons avec beaucoup de douceur, en les préservant suffisamment bien pour analyser un seul embryon à la fois. Ils ont examiné plus de 120 400 cellules provenant de 40 embryons et larves de poisson zèbre âgés de 10 heures à 10 jours. Ils ont séquencé toutes les cellules ARN — une molécule qui permet aux cellules de fabriquer des protéines à partir des plans de l’ADN. L’identité d’une cellule donnée peut alors être discernée à partir de son activité génétique.
À ce niveau de résolution, les scientifiques ont repéré des types de cellules qui ont tendance à être ignorées par d’autres méthodes, a déclaré Royer. Par exemple, ils ont identifié des cellules souches spéciales – appelées progéniteurs neuro-mésodermiques – et ont montré qu’elles se transformaient à la fois en cellules nerveuses et en cellules musculaires au fil du temps. On pensait que les cellules donnaient seulement naissance aux nerfs.
Actuellement, les données de Zebrahub sont basées sur deux ensembles d’embryons : un pour les timelapses et un pour l’ARN. Néanmoins, ces ensembles de données peuvent être comparés pour donner aux scientifiques une idée de ce à quoi ressemble un embryon lorsque certains gènes sont activés. Pour l’avenir, Royer et ses collègues travaillent à collecter les mêmes types d’informations à partir d’un seul ensemble d’embryons, afin de mieux marier les données.
Entre-temps, d’autres groupes de scientifiques utilisent déjà Zebrahub comme point de départ pour étudier la condition humaine. Par exemple, un groupe a combiné Zebrahub avec ses propres données cellulaires pour déterminer quelles protéines pourraient piloter des cataractes se forment dans les yeux. Ils ont pu voir quand divers gènes s’activent et se désactivent au fur et à mesure du développement du cristallin de l’œil.
« Nous étudions les poissons parce que nous ne pouvons pas étudier les embryons humains, pour des raisons évidentes », a déclaré Royer. « Ce que nous apprenons des embryons, nous l’apprenons sur nous-mêmes. J’étudie donc les poissons parce que je veux m’étudier moi-même. »
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