Wie entsteht aus einer einzigen befruchteten Eizelle ein Säugetier? Zwei unabhängige Forscherteams haben diese Frage nun deutlich genauer beantwortet, indem sie die Zellteilungen von Mausembryonen mit gentechnisch eingebauten 'Strichcodes' verfolgten. Ihre Arbeiten erschienen am Donnerstag in Science und in Cell, wie Nature berichtet.
Das Team um Jay Shendure von der University of Washington nutzte eine Technik namens 'DNA Typewriter', die bei jeder Zellteilung dauerhafte, genetische Markierungen an definierten Stellen des Genoms setzt. Die befruchtete Eizelle wurde in eine Maus eingepflanzt; nach zwei Wochen, als der Embryo bereits die wichtigsten Organsysteme ausgebildet hatte, lasen die Forscher die Markierungen aus und rekonstruierten die Verwandtschaftsverhältnisse von rund 1,3 Millionen markierten Zellen — etwa zehn Prozent aller Zellen des Embryos. Das zweite Team um Jonathan Weissman vom Whitehead Institute in Cambridge nutzte feinere, weniger schädliche 'Prime Editing', um Zellteilungen während der Organbildung zu erfassen.
Inspiriert wurden beide Projekte von einer Pionierleistung aus den frühen 1980er-Jahren: Der britische Biologe John Sulston beobachtete damals jede einzelne Zelle des Fadenwurms Caenorhabditis elegans, bis aus dem Ei ein erwachsenes Tier mit genau 959 Körperzellen geworden war — bis heute die einzige vollständige Karte der Entwicklung eines Tieres. Bei Säugetieren ist das weit schwieriger: Ihre Entwicklung ist verborgen, Zellen zählen in die Milliarden, und äußere Signale beeinflussen, ob eine Zelle etwa zur Lunge oder zur Leber wird.
Genau darin liegt die wissenschaftliche Frage: Wie entstehen aus sehr unterschiedlichen Zellteilungswegen Individuen derselben Art mit ähnlicher Gestalt? 'Zwillinge sehen gleich aus, Menschen sehen irgendwie gleich aus, und doch entwickeln sich selbst Zwillinge über sehr verschiedene Abfolgen von Zellteilungen', sagte Shendure. Die neuen Karten liefern erstmals ein Werkzeug, um diesen Zusammenhang systematisch zu untersuchen — von der Embryonalentwicklung über die Organbildung bis hin zu Fragen, warum Zellen in die falsche Richtung abweichen.
