Учени от БАН разкриват движението на хромозомите с невиждана точност

Български изследователски екип от Института по молекулярна биология „Акад. Румен Цанев“ – БАН, публикува на 14 април 2025 г. статия в сп. Nature Cell Biology. Екипът преодолява дългогодишни методологични предизвикателства в изследването на хромозомната динамика по време на митоза – ключов процес в клетъчното делене. А статията е отличена с изключително признание – избрана е за корица на априлския брой на сп. Nature Cell Biology, съобщават от Академията.

Автори на изследването са Румен Стаматов, Соня Узунова, Йоана Кичева, Мария Карабоева и Тавиан Благоев под ръководството на доц. Стойно Стойнов.

„Този проект всъщност започна преди пет години. Тогава искахме да разберем как е организирана генетичната информация в клетката – коментира за „Аз-буки“ Румен Стаматов. – Преди беше известно, че генетичната информация се съдържа в тези структури, наречени хромозоми. Това го пише и в учебниците за седми клас. Но никой дотогава не беше наблюдавал как хромозомите са разположени в пространството и как се движат една спрямо друга. А това е много важно, защото взаимното положение на тези хромозоми определя вероятността между тях да се случи транслокация – размяна на един участък с друг или от една хромозома се чупи един участък и се залепя за друга. Това са много опасни събития, защото водят до онкогенеза – трансформация на клетката в ракова. Очевидно е, че когато две хромозоми са близки една до друга, вероятността за транслокация между тях е по-голяма. В научната литература съществуваше спор дали хромозомите по принцип имат някакво установено местоположение една спрямо друга, което се запазва с времето, или тяхното движение е съвсем случайно. И никой дотогава не беше успявал да ги проследи, защото това е много трудно технически да се направи. Уточнявам – не е трудно да се направи една снимка примерно с микроскоп, която да е в добро качество. Но да проследим този процес с времето, беше невъзможно.“

Над четири години екипът разработва иновативен метод, наречен FAST CHIMP

(Facilitated Segmentation and Tracking of Chromosomes in Mitosis Pipeline). Благодарение на него успяват да проследят движението на всички човешки хромозоми с 8-секундна резолюция: от началната фаза на митозата – профаза, до нейната крайна фаза – телофаза, което досега не беше възможно с наличните технологии.

Хромозомите, съдържащи компактизираната ДНК, се подреждат в делителното вретено по време на митоза, като тяхната правилна организация е жизненоважна за правилното разделяне на генетичната информация. Грешките в този процес могат да доведат до хромозомни транслокации – промени, които са в основата на редица онкологични заболявания.

Чрез съчетаването на суперрезолюционна микроскопия и дълбоко машинно обучение

методът FAST CHIMP предоставя безпрецедентна точност и възможност за наблюдение на движението и пространственото подреждане на хромозомите в реално време. Сред ключовите открития на екипа са нови закономерности в динамиката на центрозомите и тяхното влияние върху хромозомната архитектура.

Изследването е още една голяма стъпка напред

към разгадаването на триизмерната организация на генома в живи клетки – постижение с огромен потенциал за молекулярната биология, генетиката и медицината.

Методът FAST CHIMP ще помогне за по-добро разбиране защо клетките се делят неправилно – процес, който може да доведе до сериозни генетични грешки и рак. Това откритие отваря път към по-точни диагнози и нови, по-ефективни терапии. В бъдеще методът би могъл да бъде внедрен в автоматизирани системи за анализ на клетки и високотехнологични диагностични платформи.