Inimeste ja teiste silmale nähtavate loomade keerukust imetledes on lihtne unustada, et kõik sai alguse ühestainsast viljastatud munarakust. Samas näitlikustab ka see, miks on kõigi rakkude täpsete omavaheliste sugulassuhete ja seoste leidmine koos arengustaadiumite kaardistamisega sedavõrd raske. Ammendavalt on suudetud seda teha vaid varbussiga C. elegans.

„Ja isegi selleks istus (briti teadlane) John Sulton 1980. aastatel sisuliselt poolteist aastat kaheksa tundi päevas paberi ja pliiatsiga mikroskoobi taga. Noh, muidugi sai ta lõpuks selle kõige eest ka Nobeli preemia. Ent kui arvestada, et varbuss koosneb umbes tuhandest rakust, saab küllaltki ruttu selgeks, et suuremate organismide puhul muutuvad sellega seonduvad pingutused tavapäraseid tehnikaid kasutades õige pea üle jõu käivaks,'' osutas Washingtoni ülikooli inimgeneetika professor ja uut tehnikat kirjeldava töö juhtivautor Jay Shendure.

Lisaks pole suuremad organismid läbipaistvad ega arene iga kord pea täpselt samamoodi nagu varbussid. See ei takistanud aga Shendure'il magistriastmes probleemi üle tõsiselt juurdlemast. ''Kuus kuud hiljem tõmbas üks järeldoktor mu nurga taha ja ütles mulle, et keerukamate organismidega, näiteks hiirtega, võtaks see aega paarkümmend aastat,'' meenutas professor. Kuigi Shendure otsustas seepeale valida kergemini saavutatav eesmärk, jäi mõte aju tagasoppi idanema ja ootama helgemaid aegu.

Arengubioloogias on rakuliinide hargnemise kaardistamiseks uusi viise otsinud enam kui sada aastat. Kui alguses piirdusid tehnikad organismi varajases arengustaadiumis jagunevatesse rakkudesse värvainete lisamisega, siis aastatega on muutunud need märgatavalt loomingulisemaks. Näiteks on kombineeritud omavahel kanade ja põldvuttide rakke. Käsikäes DNA järjestamise odavnemisega on vaadatud üha lootusrikkamalt ka rakkude DNA järjestamise poole.

''Kõik keharakud pärinevad ühest ja samast viljastatud munarakust. Seetõttu peaks pärilikkusaine olema igas rakus täpselt samasugune. Ent aja jooksul tekib DNA-s ikka mutatsioone. Kui see juhtub varajases arengustaadiumis, siis ongi sul rakuliinide kaardistamiseks hea tähis,'' selgitas Shendure. Kuid kuna huvitatavaid mutatsioone tekib üle terve genoomi, kujuneks meetodi kasutamiseks tarvilik DNA järjestamine miljardite rakkude puhul taas liiga kalliks.

Geneetik nägi väljapääsu viimase paari aasta jooksul populaarseks saanud geenimuutmistehnikas Crispr/Cas9. Bakterite algelisest immuunsüsteemist inspireeritud meetod võimaldab teha genoomis äärmiselt täpseid asendusi. Alati ei kulge aga selle käigus katkestatavate DNA ahelate kokkulappimine veatult ja pärilikkusaine parandusmehhanism lisab genoomi mõned lisatähed. Pärilikkusaines tekib mutatsioon.

Shendure'i töörühm lisas rakkude genoomi põlvest-põlve edasi antava programmi, mis lõigub kindlates genoomi piirkondades DNA ahelaid pärast iga rakkude jagunemist. ''Teisisõnu tekitame mutatsioone väga kitsas genoomi piirkonnas, mistõttu saab neid hiljem ka äärmiselt tõhusalt lugeda. Sa ei pea vajaliku info saamiseks järjestama enam tervet genoomi,'' laiendas geneetik.

Kuigi meetodit kirjeldavas uurimuses pööratakse protsessi optimeerimisele ja peenhäälestamisele äärmiselt palju tähelepanu, märkis Shendure, et ideed saaks oma lihtsuses rakendada erilise vaevata kõigis Crispr/Cas9 ja kaasaegsete geenijärjestamistehnoloogiatega kursis olevates laborites.

Heaks näiteks on Shendure'i ja ta kolleegide enda uurimistöö. Töörühm kasutas esimese ''päris'' katseloomana sebrakala, kes koosneb miljonitest ja miljarditest rakkudest. ''Kuigi laboril, millega me selleks koostööd tegime, on Crispr/Cas9 süsteemiga ulatuslikud kogemused, oli ikkagi üllatav, et nad jõudsid meelepärase lõpptulemini juba esimesel korral. See ütleb midagi lahenduse töökindluse kohta,'' mõtiskles geneetik. Üherakulistesse embrüotesse lisatud programm tekitas järgnenud põlvkondade vältel tuhandeid unikaalseid ribakoode.

Nii pakkusid sebrakalade arengu kohta uut kaemust juba esialgsed põhimõtet demonstreerivad katsed. ''Iga uuritud organ pärines vaid käputäiest varasemas arengustaadiumis olemas olnud eelkäijarakkudest. Näiteks vere puhul võis täheldada, et 98 protsenti vererakkudest põlvnes vaid viiest eelkäijast. Enam kui 90 protsenti ajurakkudest aga vaid 25st rakust'' tõi Shendure näite.

Geneetik nentis, et lahendus ei paku elusolendite kohta veel sedavõrd üksikasjalikku teavet, kui õnnestus Suttonil hankida varbusse mitmeid kuid mikroskoobi all jälgides. Näiteks on võimalik aimu saada küll rakupopulatsioonide omavahelistest sugulassuhetest, kuid mitte sellest, kus need organismis täpselt paiknevad. ''Ent võib ette kujutada, et erinevaid platvorme kombineerides on saab ka sellele lahenduse leida. Algus on tehtud,'' mõtiskles Shendure. Ise plaanib ta järgmise sammuna uurida kolleegidega tehnika abil juba hiirtel näitel imetajate arengut.

Crispr/Cas9 poolt käima lükatud revolutsiooni esimesed viljad hakkavad küpsema.

Näide rakkude põlvnemissuhteid kirjeldavast puust: