Cientistas internacionais liderados pela BGI-Research da China publicaram hoje atlas espaciais panora¢micos da vida, examinando a dina¢mica celular de organismos em diferentes esta¡gios de desenvolvimento e fornecendo novas informações potencialmente significativas para o tratamento, desenvolvimento e envelhecimento de doena§as, bem como uma melhor compreensão da evolução biológica.

Em uma sanãrie de estudos, os membros do STOC usaram a tecnologia de transcripta´mica espacialmente resolvida Stereo-seq, desenvolvida pela BGI-Research, para produzir mapas celulares Espaço-temporais de camundongos, pequenas moscas da fruta (Drosophila), peixe-zebra e da planta Arabidopsis. Os artigos demonstram como o Stereo-seq alcana§ou um grande avanço na resolução espacial e no campo de visão panora¢mico, permitindo a análise da distribuição e colocação de moléculas e células in situ e ao longo do tempo.

O artigo, "Atlas transcripta´mico espacial de organogaªnese de camundongos usando matrizes de DNA nanoball-patterned", foi publicado na Cell . Os outros três estudos sobre Drosophila, zebrafish e Arabidopsis estãopublicados na Developmental Cell . Identificar as caracteri­sticas de células especa­ficas dentro de um tecido tem aplicações significativas para entender quais células são causas ou indicadores de doena§as, potencialmente levando a ganhos futuros na pesquisa de doenças humanas.     

"No passado, eram necessa¡rios milhares ou mesmo dezenas de milhares de experimentos para completar um mapa Espaço-temporal. Agora, com o Stereo-seq desenvolvido por nossos cientistas, isso pode ser alcana§ado de forma rápida e abrangente com um. Este éum marco nas ciências da vida. avanço tecnola³gico", disse o Dr. Chen Ao, que liderou o desenvolvimento da tecnologia Stereo-seq na BGI-Research e éo primeiro autor do artigo do atlas Espaço-temporal do mouse.

Mais de 80 cientistas de 16países, incluindo cientistas da Harvard University, Oxford University, Massachusetts Institute of Technology, University of Cambridge, Karolinska Institutet, University of Western Australia, Genome Institute of Singapore e BGI, colaboraram atéagora como parte do STOC, um consãorcio aberto de colaboração cienta­fica focado no uso de tecnologias a´micas de resolução celular espacialmente resolvidas para mapear e entender a vida.

A tecnologia de transcripta´mica espacial éuma tecnologia emergente que resolve problemas anteriores identificando caracteri­sticas de células únicas dentro de um tecido biola³gico. Ele se baseia nas conquistas do sequenciamento de canãlula única, elevando-o ao pra³ximo na­vel, permitindo que os cientistas rastreiem a localização precisa de uma canãlula e como ela interage com seus vizinhos. 

Para conseguir isso, a tecnologia de nanoball de DNA patenteada pela própria BGI, que amplifica pequenos fragmentos de DNA em amostras maiores, foi combinada com sua tecnologia de captura de RNA in situ para criar Stereo-seq (SpaTial Enhanced REsolution Omics-sequencing), capaz de alcana§ar um resolução de 500 nana´metros (equivalente a 0,0000005 metros) combinada com um campo de visão panora¢mico emnívelde centa­metros.

"O desenvolvimento da abordagem anala­tica de canãlula única nos últimos vinte anos realmente fez uma diferença nota¡vel em nossa capacidade de entender como as células diferem umas das outras. Mais recentemente, começou a ser possí­vel combinar essa análise com a localização das células em um tecido. ou seção de tecido organoide", disse Patrick Maxwell, Professor Regius de Fa­sica e Chefe da Escola de Medicina Cla­nica de Cambridge, e coautor do artigo do atlas Espaço-temporal do mouse. "Na minha opinia£o, este novo artigo leva isso a um novo na­vel, combinando um campo de visão de tamanho substancial, tornando possí­vel analisar um tecido na escala de um embria£o de camundongo em desenvolvimento, juntamente com uma resolução muito alta com uma transcrição muito profunda profundidade de leitura."

“Isso permite que nose os usuários desses dados, que estara£o disponí­veis gratuitamente, realmente comecemos a entender algumas questões muito fascinantes sobre como funciona o desenvolvimento dos mama­feros e como os tecidos são organizados. , e também doena§as", acrescentou.

Se compararmos o estudo das células com o estudo do ecossistema, as tecnologias anteriores permitiram aos cientistas entender quais animais ou plantas estãona Terra. Com o Stereo-seq, os cientistas podem entender a qualpaís, qual área, qual habitat, qual comunidade todos os animais ou plantas pertencem. Ao mesmo tempo, os cientistas também podem entender o que cada animal estãofazendo, seu passado, história familiar, interação com outros rebanhos e como eles podem proliferar e se desenvolver.

Os cientistas usaram Stereo-seq para examinar o desenvolvimento embriona¡rio inicial de camundongos, em particular de 9,5 a 16,5 dias, durante os quais o desenvolvimento embriona¡rio estãoocorrendo em ritmo acelerado. Stereo-seq gerou o Mouse Organogenesis Spatiotemporal Transcriptomic Atlas (MOSTA), que mapeia com resolução de canãlula única e alta sensibilidade a cinanãtica e direcionalidade da variação transcricional durante a organogaªnese do camundongo.

"Stereo-seq éum avanço transformacional na tecnologia de transcripta´mica espacial e éa tecnologia mais poderosa neste campo das ciências da vida hoje", disse o Dr. Liu Longqi da BGI-Research, um dos autores correspondentes dos artigos. "Agora temos uma tecnologia para mapear um atlas panora¢mico de cada canãlula em um organismo, de acordo com seus perfis biomoleculares individuais, no espaço e ao longo do tempo. Demonstramos sua robustez e mapeamos com sucesso a fisiologia molecular animal e vegetal em escala e resolução nunca antes possí­vel."

Pela primeira vez, os cientistas foram capazes de produzir uma sanãrie de mapas de alta definição mostrando a localização precisa das cerca de 300.000 células do embria£o do dia 16,5. A BGI-Research usou essas informações para produzir um atlas panora¢mico do camundongo e obter informações sobre a base molecular da variação e diferenciação celular nos tecidos em desenvolvimento do cérebro, incluindo o mesencanãfalo dorsal. 

"A aplicação bem-sucedida de nossa tecnologia Stereo-seq para o desenvolvimento tem implicações significativas para o futuro da pesquisa gena´mica em doenças humanas", disse o coautor correspondente Dr. Xu Xun, diretor de BGI-Research. “Demonstrar que essa tecnologia pode identificar certas células que indicam doenças futuras seráfundamental para diagnósticos e terapias para várias condições”.

Por exemplo, a sa­ndrome de Robinow éum defeito de nascena§a comum. Um gene relacionado a isso foi encontrado clinicamente, mas como esse gene causa defeitos, incluindo la¡bio leporino e fenda palatina e encurtamento de membros, édesconhecido. Os pesquisadores mapearam o gene relacionado ao la¡bio leporino e ao palato no processo de desenvolvimento embriona¡rio do camundongo e descobriram que o gene estava presente nos la¡bios e dedos dos panãs do camundongo e apresentava alta expressão. Isso demonstrou que o gene émuito importante no desenvolvimento de la¡bios e dedos dos panãs em camundongos. Se este gene sofrer uma mutação, o desenvolvimento dos la¡bios e dedos dos panãs seráanormal. Esse conhecimento potencialmente ajudara¡ os pesquisadores que estudam os defeitos congaªnitos da sa­ndrome de Robinow em humanos.

A equipe liderada pelo BGI realizou pesquisas embriona¡rias semelhantes com o peixe-zebra, que tem um período de gestação de apenas 24 horas, e também produziu um modelo 3-D do mapa celular da pequena mosca da fruta Drosophila. O atlas transcripta´mico Espaço-temporal do desenvolvimento embriona¡rio em Drosophila, peixe-zebra e camundongo abriu novas portas para o estudo de padraµes embriona¡rios e mecanismos moleculares relacionados durante o desenvolvimento embriona¡rio , fornecendo importantes referaªncias de dados para trabalhos futuros, bem como uma referaªncia para desvendar a evolução embriona¡ria.

Ao aplicar a pesquisa Stereo-seq nas células da folhada planta Arabidopsis, os pesquisadores foram capazes de superar a dificuldade de longo prazo para os pesquisadores realizarem estudos a´micos de canãlula única espacialmente resolvidos em folhas e outros tecidos vegetais. A BGI-Research conseguiu demonstrar que a tecnologia Stereo-seq pode ser aplicada na pesquisa cienta­fica de plantas e na pesquisa de melhoramento de culturas. Algumas aplicações-chave incluem a compreensão dos principais genes envolvidos no desenvolvimento de sementes, mecanismos por trás da resistência a  seca, mecanismos por trás da resistência ao calor e mecanismos por trás da tolera¢ncia ao sal, para culturas ba¡sicas de arroz a trigo e milho. Isso poderia contribuir para o cultivo de variedades de culturas resistentes ao estresse de alta qualidade, importantes para muitas iniciativas globais de sustentabilidade.