Metamorfóza pohledem micro-CT: Fascinující proměna žáby Xenopus v detailním 3D

24. září 2024

Žába Xenopus laevis slouží jako klíčový modelový organismus v oblasti vývojové biologie. Díky svému snadno přístupnému embryonálnímu vývoji a relativně dlouhému životnímu cyklu je ideálním kandidátem pro genetické studie.

Významným přínosem pro výzkum žáby Xenopus laevis se stala spolupráce našich vědců z Laboratoře rentgenové mikro a nano-výpočetní tomografie na CEITEC VUT s dr. Harnošem z Masarykovy univerzity. Tato spolupráce umožnila podrobné zmapování jednotlivých vývojových stadií této žáby – od pulce až po dospělého jedince. Pomocí micro-CT metody se tak podařilo vytvořit 3D atlas, který zachycuje nejen vnější podobu žáby, ale také poskytuje detailní vhled do vnitřních struktur, jako jsou kosti, svaly či orgány.

Rentgenová výpočetní mikrotomografie (micro-CT) přinesla do zkoumání tohoto živočicha novou dimenzi. Na rozdíl od dřívějších metod výzkumu založených na mikroskopii umožňuje micro-CT digitalizovat celé tělo v 3D ve vysokém rozlišení. Pro zobrazení měkkých tkání však bylo nutné vzorky chemicky upravit, aby se pomocí těžkých kovů zvýšil kontrast mezi tvrdými a měkkými tkáněmi. Každý vzorek tudíž musel být skenován dvakrát – jednou pro zobrazení tvrdých tkání (kosti, zuby) a podruhé kvůli měkkým tkáním.

Jedním z nejzajímavějších období vývoje Xenopuse je fáze metamorfózy, kdy dochází k zásadním změnám ve stavbě a velikosti těla. Před metamorfózou pulec postupně roste a hromadí tělesnou hmotu, kterou následně využije jako zdroj energie pro vývoj nových orgánů. Během tohoto procesu například zanikají žábry a ocas, zatímco se vyvíjejí plíce a končetiny, které jsou klíčové pro život dospělé žáby. Micro-CT umožnilo sledovat změny v těchto strukturách už v raných fázích metamorfózy, kdy je jejich celková velikost jen v řádu několika milimetrů.

Cílem projektu bylo nejen popsat morfologické změny během vývoje Xenopuse, ale také poskytnout komunitě vývojových biologů přístup k digitalizovaným datům jednotlivých vývojových stadií. Tato data umožňují detailně prozkoumat jakoukoliv strukturu, a to jak vizuálně, tak kvantitativně. 3D modely umožňují sledovat změny mezi jednotlivými stádii a analyzovat rozdíly například mezi samci a samicemi, přičemž samci bývají zhruba o třetinu menší než samice.

I přes vysoké rozlišení a detaily, které metoda micro-CT přináší, má své limity. Jedním z hlavních omezení je potřeba dvojího skenování pro zobrazení měkkých a tvrdých tkání. Nicméně tato technika poskytuje dosud nevídaný pohled na vývoj Xenopuse v 3D a otevírá prostor pro další zkoumání jeho morfologických a genetických vlastností.

Více informací lze najít ve studii: Unveiling vertebrate development dynamics in frog Xenopus laevis using micro-CT imaging