Sådan bliver én celle til et helt dyr
Hvordan kan én eneste celle blive til et dyr med hjerte, hjerne og muskler? Ny teknologi leverer indsigt i det biologiske maskineri bag ét af naturens største mirakler.
celle celledeling befrugtet æg gener mutationer arvemateriale DNA mRNA molekyler embryo kortlægning genfejl specialisering ophav dyr planter mennesker stamceller udvikling celleprocesser

Ægceller fra et menneske umiddelbart efter befrugtningen. Hvordan kan det blive til et helt menneske? (Foto: Shutterstock)

En befrugtet ægcelle i et passende vækstmiljø i moderen. Mere skal der ikke til.

Denne ene lille celle indeholder alt det arvemateriale, som skal til for at lave et nyt individ med hjerne, lemmer og indre organer.

Men hvordan bliver én celle egentlig til en hel skabning?

Et menneske – eller et dyr – består af en masse forskellige celler: Hudceller, blodceller, muskelceller og nerveceller. Hvordan kan én eneste celle blive til alt det?

»Det ved vi faktisk en hel masse om,« fortæller professor Hilde-Gunn Opsahl Sorteberg fra Norges miljø- og biovidenskabelige universitet, NMBU.

Én bliver til alt

Den ene, første celle er ikke hvilken som helst celle. Det er nemlig en pluripotent stamcelle – en celle, der har evnen til at udvikle sig til alle andre celletyper i menneskekroppen.

Denne celle begynder at dele sig, og hver eneste nye celle indeholder det samme som den første: Hele DNA'et – altså hele 'opskriften' på skabningen. Men der er alligevel en forskel: De nye celler begynder at bruge 'opskriften' på forskellige måder.

Signalstoffer fra moderen får cellerne til tænde og slukke for forskellige gener og dermed give ophav til forskellige celletyper i den færdige organisme.

Senere overtager embryoet selv styringen, fortæller Hilde-Gunn Opsahl Sorteberg. 

Celler med lignende egenskaber samler sig specifikke steder og begynder at signalere til hinanden. Efterhånden specialiserer de sig til at være helt bestemte celletyper og organiserer sig i væv og organer.

»Uanende muligheder«

Alt dette har biologerne afsløret ved at farvemærke nogle få celler og så følge med i, hvor de blev af, eller ved at slå enkelte gener ud og så se, hvilken effekt det havde på udviklingen i embryoet.

Alligevel har vi kun været i stand til at se udviklingen i grove træk. De fleste detaljer er fortsat ukendte.

Hvilken vej følger hver enkelt celle frem mod den endelige specialisering? Hvornår bestemmer de sig for, hvad de skal være? Og hvilken rolle spiller generne i udviklingens forskellige stadier?

For nylig blev resultaterne fra tre forskellige studier publicerede, og de kan vise sig at få stor betydning for vores forståelse af denne udvikling.

Flere forskerteams har både samarbejdet og arbejdet hver for sig for at udvikle nye metoder, som kan hjælpe forskerne med at granske cellerne.

»Jeg tror, at de nye metoder leverer uanede muligheder,« siger Hilde-Gunn Opsahl Sorteberg, som ikke selv var involveret i studierne.

Hun er overbevist om, at de nye teknikker vil føre til ny viden om livet og på længere sigt til fremskridt indenfor både medicin og madproduktion.

Fra tre stjerner til en hel galakse

Forskerne bag artiklerne har undersøgt befrugtede æg fra zebrafisk og frøer, og de har grebet sagen an fra flere vinkler.

Nogle af forskerne har formået at læse mRNA'et i absolut alle embryoets celler på mange forskellige stadier i løbet af det første døgn efter befrugtningen. (mRNA står for messenger-RNA. RNA-molekyler anvendes som transportør af genetisk information eller indgår som vigtige komponenter i celleprocesser, red.).

Det leverer en helt anden slags information end kortlægning af generne, for mens DNA'et afslører, hvilke gener der er i en celle, røber mRNA'et, hvilke celler som er i brug.

Udover at læse mRNA'et, farvemærkede forskerne cellerne, så de kunne følge deres bevægelser.

De benyttede desuden matematiske og statiske metoder til at følge hver celles udviklingslinje; helt tilbage til den allerførste celle.

Det betyder, at forskerne pludselig sidder med enorme informationsmængder i forhold til tidligere.

»Et helt univers af muligheder bliver åbnet op gennem denne informationsmængde,« siger Alexander Schier, en af forskerne bag det ene studie til Quanta Magazine.

»Før, hvor vi kun arbejdede med ganske få gener, eller nogle få celler, eller nogle få udviklingsstadier, var det som at se to-tre stjerner. Nu kan vi pludselig se en hel galakse.«

Forkert teori

Det mest opsigtsvækkende ved de nypublicerede artikler er nok de nye metoder, men resultaterne indeholder også en række overraskende og tankevækkende fund.

Det viste sig for eksempel, at cellenes skæbne slet ikke er så forudbestemt som forventet.

Tidligere har forskerne antaget, at cellerne udvikler sig som grenene på et træ. Den første celle er træstammen, og så begynder dattercellerne at udvikle sig i forskellige retninger, som grene på et træ.

Senere kan cellerne i en gren specialisere sig videre og endda danne nye forgreninger, til man til sidst står med alle de forskellige celletyper.

»Dette todimensionale tankesæt var let at forestille sig,« siger Hilde-Gunn Opsahl Sorteberg.

Det passede godt på plantecellerne, selvom udviklingen af dyreceller kan være mere kompliceret.

Tanken var, at udviklingen var uigenkaldelig: Når cellen først havde valgt en 'gren', kan den ikke ombestemme sig og blive en celletype fra en anden 'gren'.

Men ifølge de nye forskningsreultater passer det ikke.

Mere robust end ventet

I visse tilfælde kan to celler med samme specialisering have helt forskellig ophav.

De er altså gået hver sin vej, men alligevel endt op det samme sted.

Det betyder muligvis, at det ikke bare er genindstillingerne i udviklingslinjen, som bestemmer, hvad cellerne til sidst ender med at være.

Måske betyder omgivelserne mere end hidtil antaget.

»Det er, hvad der normalt sker i planter, hvor signaler fra cellernes GPS-koordinater bestemmer identitet og udvikling. Måske gælder det også for dyr? Det er meget spændende,« siger Hilde-Gunn Opsahl Sorteberg.

Hun mener, at resultaterne peger mod, at de biologiske udviklingssystemer både er mere robuste og fleksible end antaget. 

Måske overtager andre celletyper pladsen og identiteten af de celler, som ikke fungerer, som se skal?

En sådan fleksibilitet kan for eksempel gøre det lettere at tackle mutationer – genfejl – eller andre problemer.

Det er lige, hvad adskillige af de nye resultater peger mod.

Lærebøgerne er ikke længere korrekte

Forskerne skabte en mutation, som ødelagde zebrafiskenes mulighed for at danne en vis celletype, men konsekvensen for embryoudviklingen var langt mindre alvorlig end forventet.

»Denne fleksibilitet indikerer muligvis, at en del af vores viden om generne er forkert,« siger Hilde-Gunn Opsahl Sorteberg.

Forskerne bruger mutationer til at afdække, hvad generne gør: De slukker for genet i et forsøgsdyr for at se, hvilken effekt det har på kroppen.

Men hvad hvis andre celler overtager de defekte søstercellers arbejde og identitet? Ja, så ser det ud, som om tingene fungerer, selv hvis et vigtigt gen er slået ud.

»Jeg er faktisk nødt til at kulegrave det kursusfag, jeg underviser i, og tage højde for, at den del af det, som står i lærebøgerne, ikke helt korrekt,« siger Hilde-Gunn Opsahl Sorteberg.

Det er muligt, at det bliver tilfældet for en hel del forelæsere, i takt med at nye resultater dukker op som følge af de nye metoder.

©Forskning.no. Oversat af Stephanie Lammers-Clark.

Ugens Podcast

Lyt til vores ugentlige podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.