Биология

Астрофизический алгоритм помог понять эмбриональное развитие

Unlim3D/ISO Republic

Ученые Массачусетского технологического института выяснили, что по мере своего развития эмбрионы следуют заданным паттернам складывания ткани, так что у особей одного и того же вида получаются почти идентичные органы и очень похожие формы тела. Эту особенность исследователям удалось раскрыть с помощью алгоритма, изначально разработанного для для изучения структуры галактик. Статья об открытии опубликована в журнале Developmental Cell.

Во время эмбрионального развития ткани изменяют свою форму посредством процесса, известного как морфогенез. Одним из важных способов изменения формы тканей является складывание, которое позволяет плоским листам эмбриональных клеток становиться трубками и другими важными формами для органов и других частей тела. Предыдущие исследования на плодовых мухах показали, что, даже когда некоторые из этих эмбриональных клеток повреждены, листы все еще могут складываться в правильную форму. Этот процесс довольно хорошо воспроизводится в процессе роста эмбриона, однако было непонятно, что делает его таким надежным.

В новом исследовании ученые сосредоточились на процессе гаструляции, в ходе которого эмбрион превращается из однослойной сферы в более сложную структуру с несколькими слоями. В качестве модели исследователи использовали плодовую мушку, но, по их словам, те же самые процессы происходят и при развитии человеческого эмбриона.

Эмбриональные клетки, участвующие в гаструляции, содержат в своей цитоплазме белки, называемые миозином и актином, которые образуют нити и соединяются в местах соединения между клетками, образуя сеть. Авторы работы выдвинули гипотезу, что эта сеть может играть роль в надежности складывания ткани, но до сих пор не было хорошего способа проследить это.

Чтобы добиться этого, биологи объединили свои усилия с ученым, который изучает физику мягких поверхностей и текучей материи, например образование морщин и структуры бактериального потока. Для этого исследования физику пришла в голову идея применить математическую процедуру, позволяющую выявить топологические особенности трехмерной структуры, аналогичные хребтам и долинам в ландшафте. Астрономы используют этот алгоритм для выяснения структуры галактик, и в этом случае исследователи использовали его для отслеживания сетей актомиозина в ткани.

Исследование позволило выявить механизм формирования сетей актомиозина в тканях эмбриона плодовой мушки. Дальнейшие исследования ученых будут направлены на поиск аналогичных механизмов у эмбрионов мышей.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.