BEIJING -- Para peneliti telah berhasil membangun atlas multi-omik spatiotemporal 3D yang komprehensif dari sel tunggal sepanjang seluruh siklus perkembangan lalat buah, yang memberikan wawasan tingkat molekuler tentang perkembangan biologis.

Temuan ini diharapkan dapat memajukan penelitian mengenai cacat perkembangan dan mekanisme penyakit terkait. Studi ini merupakan hasil kolaborasi antara BGI Research yang berbasis di Hangzhou dan Universitas Teknologi Sains Selatan di Shenzhen, dan telah diterbitkan di jurnal Cell.

Para ilmuwan menggambarkan perkembangan hewan sebagai proses yang sangat terorganisir di mana gen dan sel bekerja sama dengan presisi spatiotemporal.

Dengan menggunakan lalat buah sebagai organisme model, mereka mencatat bahwa siklus perkembangannya berlangsung melalui empat fase yang terdefinisi dengan jelas: telur, larva, pupa, dan dewasa. Proses perkembangan ini bisa diibaratkan sebagai 'produksi teater hidup' yang dipentaskan dengan teliti, di mana waktu masuknya setiap sel, posisi spasialnya, dan transformasinya menjadi tipe sel khusus semua diatur dengan cermat oleh 'naskah' genetik.

Tim penelitian memanfaatkan teknologi yang dikembangkan sendiri oleh BGI untuk melakukan sampling intensif terhadap embrio lalat buah pada interval 30 menit hingga dua jam, ditambah dengan sampling sistematis pada tahap larva dan pupa pada titik-titik waktu perkembangan kunci.

Strategi ini menghasilkan kumpulan data masif dari lebih dari 3,8 juta transkriptom sel tunggal yang terdefinisi secara spasial, mencakup seluruh siklus hidup.

Dengan menggunakan Spateo, alat algoritmik untuk analisis spatiotemporal, mereka merekonstruksi model 3D dengan resolusi tinggi, yang memetakan dinamika spasial dari morfologi jaringan dan ekspresi gen. Dengan mengintegrasikan data ini, para peneliti membangun peta jalur diferensiasi, mengungkapkan mekanisme molekuler dasar yang mengatur keputusan nasib sel.

"Sel-sel dari lapisan germ yang berbeda mengikuti jalur diferensiasi yang berbeda. Faktor transkripsi bertindak sebagai 'direktur seluler', mengatur diferensiasi dengan mengaktifkan atau menekan gen untuk menetapkan peran spesifik pada sel," kata Wang Mingyue, salah satu penulis utama studi ini.

Wang mencatat bahwa beberapa faktor transkripsi yang sebelumnya tidak diketahui telah diidentifikasi, yang kemungkinan memainkan peran penting dalam perkembangan sistem saraf, saluran pencernaan, dan endokrin.

Mengingat sekitar 70 persen gen terkait penyakit manusia memiliki pasangan di lalat buah, penelitian ini menyediakan referensi berharga untuk mempelajari penyakit perkembangan manusia dan menawarkan jalur baru untuk penelitian biomedis, kata Wang.