Celice so najosnovnejše enote življenja, saj sestavljajo tkiva in organe, iz katerih je zgrajeno telo. Da lahko vzpostavijo in vzdržujejo nekaj tako kompleksnega, kot je telo, morajo obstajati v številnih različicah, pri čemer vsaka od različic izraža svoj nabor genov in se od drugih razlikuje tako po svoji lokaciji kot funkciji.
Zato ni nič presenetljivega, da niti po 355 letih, odkar je Robert Hooke odkril prvo celico, o njih še vedno ne vemo vsega. Ko bi le imeli zemljevid in kompas, ki bi nam olajšala vso to zmedo v telesu in omogočila širši vpogled v njihovo porazdelitev po tkivih, sistemih in organih, kako raznoliko delujejo ter kako vplivajo na zdravje in bolezen. S podrobnimi informacijami o njihovi naravi bi končno lahko prestopili nekatere, še vedno prisotne ovire v študijah fiziologije, razvojne biologije in anatomije ter s tem pospešili razvoj diagnostike ter zdravljenj.
Ideja o zemljevidu oziroma atlasu celic je vzniknila v času prehoda v novo tisočletje in se še vedno razvija. O celičnih atlasih, njihovem pomenu in razvoju je bilo govora že v kratkem prispevku oddaje Možgani na dlani (Možgani in matične celice – novosti – Radio Prvi). Ena izmed prvih inštitucij, ki se je lotila oblikovanja celičnega atlasa, je bila The Allen Institute for Brain Science v ZDA. Ta neprofitna medicinska raziskovalna organizacija raziskuje živčni sistem z integracijo obsežnih podatkov o izražanju genov in nevroanatomiji. Poleg tega pa razvijajo tudi raziskovalcem prijazna računalniška orodja za iskanje podatkov in njihovo prikazovanje (Slika 1).
Tako so nastali številni atlasi, ki so prosto dostopni na spletu znotraj podatkovnega portala Allen Brain Atlas. Leta 2006 so oblikovali Allen Mouse Brain Atlas1, tridimenzionalni atlas genskega izražanja v možganih miših z več kot 21000 geni na celični ravni. Že dve leti kasneje so objavili Allen Spinal Cord Atlas, interaktivni zemljevid genskega izražanja po celotni dolžini hrbtenjače pri miših. Zemljevid raziskovalcem pomaga pri razvoju novih terapij za zdravljenje nevroloških nepravilnosti pri ljudeh. Istega leta 2008 so oblikovali Allen Developing Mouse Brain Atlas, ki z visoko natančnostjo prikazuje aktivnost genov v mišjih možganih v številnih različnih časovnih točkah skozi njihov razvoj. Pravzaprav je tako natančen, da vključuje ne le različna obdobja po rojstvu in v starosti miši, temveč tudi štiri obdobja v času embrija.
Nato so študije za pripravo celičnih atlasov usmerili tudi v človeka. Tako je leta 2010 nastal atlas človeških možganov Allen Human Brain Atlas2, ki je še kompleksnejši od prejšnjih, saj vključuje podatke slikanj MRI in DTI, kot tudi histološke podatke in podatke o genskem izražanju. Z znanjem o točni lokaciji v možganih, kje je iskani gen aktiven, bolje razumemo kako možgani delujejo. Kasneje je inštitut izdal še več atlasov in sicer Allen Mouse Brain Connectivity Atlas3 (2011) o tridimenzionalni porazdelitvi živčnih celic in njihovi povezanosti v možganih miši, ki raziskovalcem omogoča vpogled v omreženost možganov in boljše razumevanje delovanja možganov in njihovih bolezni; BrainSpan Atlas o človeških možganih v razvoju4 (2014) ter Allen Cell Type Database (2015). Slednji predstavlja novo orodje za raziskovalce, ki študirajo osnovne gradbene enote možganov – živčne celice. Podatkovna baza sortira živčne celice v posamezne tipe in danes obsega podatke o preko 240 tipih celic iz mišjih možganov.
Poleg neutrudnega delovanja inštituta Allen, je leta 2013 takratni predsednik ZDA Barack Obama naznanil začetek novih raziskav možganov z iniciativo naprednih nevrotehnologij BRAIN. Iniciativa je predstavljala velik izziv za razvoj orodij za poglobitev našega znanja o delovanju človeških možganov tako v zdravem stanju kot med boleznijo. Znotraj iniciative se je začel razvijati tudi možganski celični atlas. V letu 2014 so raziskave razširili in pričeli s sestavljanjem še kompleksnejših atlasov. Med organizme so dodali miši, podgane in ribe zebrice ter vključili transkriptom posamezne celice, epigenom, transgenezo, porazdelitev celičnih tipov in mapirali povezanost celic. Nekaj utrinkov o celičnih atlasih iniciative BRAIN je bilo poljudno predstavljenih tudi v slovenski nevroznanstveni reviji eSiNAPSA – Nevroznanost in matične celice – kaj je novega, kjer sem poročala o konferenci, kjer je bila omenjena iniciativa predstavljena.
Razvoj celičnih atlasov je tako še v teku. Cilj vseh raziskovalcev pri tem pa je, da ustvarijo ogromen zemljevid celotnega znanja o vseh celicah človeškega telesa in tudi v telesih nekaterih drugih, znanstveno-raziskovalno relevantnih živali. Pri tem prihaja do odkritij čisto novih tipov celic, ki so nam bile do sedaj popolna neznanka. S tem se premikajo dosedanji mejniki znanja v biologiji in medicini.
- Lein, E.S. et al. (2007) Genome-wide atlas of gene expression in the adult mouse brain, Nature 445: 168-176. doi:10.1038/nature05453
- Hawrylycz, M.J. et al. (2012) An anatomically comprehensive atlas of the adult human transcriptome, Nature 489: 391-399. doi:10.1038/nature11405
- Oh, S.W. et al. (2014) A mesoscale connectome of the mouse brain, Nature 508: 207-214. doi:10.1038/nature13186
- Miller, J.A. et al. (2014) Transcriptional landscape of the prenatal human brain, Nature 508: 199-206. doi:10.1038/nature13185
