Главный » Общество » Здоровье » На пути к излечению всех болезней

На пути к излечению всех болезней

Ученые из 64 стран работают над проектом по размещению на карте всех клеток человеческого организма, чтобы понять, как они связаны и как вызывают заболевания. На сегодняшний день обнаружены клетки, которые могут усовершенствовать лечение некоторых видов рака, болезни Альцгеймера и кистозного фиброза.

С 2000-х годов прорыв в технологиях по секвенированию ДНК и в биоинформатике позволил изучать миллионы геномов одновременно. Это предвещает наступление третьего генетического периода, когда исследователи пытаются понять, как тысячи генов функционируют вместе. Лучший способ сделать это - изучить геном как можно большего числа людей.

Каждая клетка использует (или «выражает», в научной терминологии) разные гены для своего функционирования - в нормальном или больном состоянии - в соответствии с нормативными кодами, которые определяют, где, когда и как проявляется каждый ген. Например, мутация (генетическое заболевание), которая приводит к развитию кистозного фиброза или болезни Альцгеймера, будет существовать в геноме каждой клетки организма, но проявляться только в определенных типах клеток. Соответственно, даже если заболевание поражает несколько органов, для понимания его причины необходимо определить конкретные клетки, в которых мутация начала оказывать влияние. По этой причине, чтобы понять, как изменения в генах вызывают развитие болезней, нужно знать, какие типы клеток содержит организм и каковы их свойства.

Проблема в том, что сегодня наука не обладает полным знанием всех клеток организма и их функций. В настоящее время исследователи со всего мира, в том числе израильтяне, работающие в американских университетах, а также в Израиле, пытаются заполнить этот пробел. Целью проекта «Карта человеческих клеток» является создание полной карты всех клеток здорового человеческого организма и изучение взаимодействия различных клеток друг с другом для всех будущих исследований болезней. Знание всех типов клеток - основных единиц жизни - приведет к дополнительной революции в понимании здоровья человека и выявлении, мониторинге и лечении болезней.

Профессор Дана Пеэр, родившаяся в Израиле, биолог из института Слоун-Кеттеринг в Нью-Йорке (крупнейший и старейший частный НИИ изучения рака в мире), участвует в проекте с первых его этапов и отвечает за некоторые из вычислительных инструментов, позволяющих ученым ставить перед собой цель упорядочения всех существующих типов клеток в организме.

В телефонном интервью из Нью-Йорка профессор объяснила, что все клетки организма содержат почти идентичный геном. Но для понимания биологии важно то, что происходит в конкретной клетке - как она использует одно и то же руководство для разных целей. «Менее одного процента генома кодирует гены, - отметила Пеер. - Подавляющее большинство клеток кодирует регуляцию генов - определяет, где и какой ген будет действовать».

Таким образом, каждая клетка имеет «регулирующую программу», которая определяет ее реакцию на различные ситуации, и каждая клетка упорядочена по отношению к другим.

«Клетки - это не просто соседи, они существуют в определенном пространственном расположении, - объяснила она. - Различные типы клеток взаимодействуют для создания тканей». Из этого следует, «что для понимания болезней необходимо понимать, где произошла неисправность, что пошло не так и как поврежденная клетка связана с другой клеткой, тканями и функционированием всех органов".

Однако до последних нескольких лет способность науки различать типы клеток ограничивалась морфологическим анализом, позволяя делать выводы об их функционировании только на основе их формы. По словам Авив Регев из Массачусетского технологического института, которая является одним из основателей проекта «Карта человеческих клеток», и, в основном, курирует все исследования, проводимые в его рамках, некоторые научные технологии, известные как Single Cell Genomics, появились в результате работы нескольких лабораторий, включая ее.

«Лично мне, - добавила профессор биологии, - в 2014 году стало ясно, что такая карта возможна - были примеры использования этих технологий для поиска типов клеток; можно было даже проследить их развитие, и даже определить их расположение в ткани».

Регев рассказала, что она и ее коллеги начали работать, чтобы сделать возможной такую карту в более широком масштабе.

В 2016 году Регев вместе с доктором Сарой Тейхманн из Института Wellcome Sanger в Великобритании организовала первую конференцию, в которой приняли участие около девяноста ученых в Лондоне, с целью наметить путь для создания карты клеток человеческого тела. Организационный комитет из двадцати четырех членов был создан и включал в себя, в числе прочих, Регев, Пеэр, Тейхманн и профессора Стена Линнарссона из Каролинского института в Швеции. В настоящее время в этой работе участвуют почти 1500 ученых из 969 учреждений в 64 странах.

Эсти Йегер-Лотем из университета им. Бен-Гуриона в Беэр-Шеве и Национального института биотехнологии в Негеве, чья лаборатория принимает участие в этом мероприятии, объяснила, что для того, чтобы различать типы клеток на основе их функций, многие исследователи концентрируются на ДНК-подобных молекулах РНК. Одна из задач этих молекул состоит в том, чтобы воспроизвести «рабочие инструкции» в генах. Молекулы РНК также играют роли, связанные с регулированием активности клетки, таким образом, диктуя развитие и функционирование клетки.

«Если вы представите клетки, как кусочки фруктов, это похоже на приготовление фруктовой смеси: то, что вы видите в итоге, является смешением их всех, но не какого-то одного отдельного фрукта. Таким образом, если, например, какая-то клетка встречается очень редко, вы, возможно, вообще не сможете ее идентифицировать», - написали в статье Регев, Тейхманн и Линнарссон.

Первая важная научная разработка, отметила профессор Йегер-Лотем, заключалась в способности маркировать РНК отдельных клеток и, таким образом, различать РНК различных клеток, когда весь генетический материал секвенирован. Усовершенствование этого метода в последние годы позволяет исследователям одновременно измерять активность генов в сотнях тысяч клеток. Тем не менее, поскольку важность любой конкретной клетки отчасти зависит от ее местоположения по отношению к другим, ученые в настоящее время разрабатывают способы улучшения измерения функционирования генов в самой ткани (а не в отдельных клетках).

«Важно отметить, - написали Регев, Тейхманн и Линнарссон, - что эти новые методы могут одновременно измерять множество генов, так что мы можем создавать интегрированные карты всех типов клеток одновременно».

Ученые сообщили, что в первом проекте «Карты человеческих генов» «будет обозначено сто миллионов клеток из основных тканей и систем от здоровых участников исследований обоих полов. Этот первый проект и уроки, извлеченные при его создании, послужат основой для всеобъемлющей карты не менее десяти миллиардов клеток, охватывающий все ткани, органы и системы - необходимый справочник для будущего сравнения и биологического понимания областей болезни, генетического разнообразия, окружающей среды и возраста».

В настоящее время этот проект поддерживается исследовательской благотворительной организацией Wellcome Trust в Великобритании, национальными институтами здравоохранения США, Евросоюзом, Фондом Мантона, Благотворительным фондом Хелмсли и Инициативой Чан-Цукерберг. «Мы стремимся завершить первый проект за первые пять лет и ожидаем, что для создания всеобъемлющей карты потребуется около десяти лет», - отметили исследователи.

Руководители проекта убеждены, что даже до его завершения проводимые исследования приведут к научным и медицинским прорывам. Фактически, исследователи, участвующие в составлении атласа, уже обнаружили несколько новых типов клеток, имеющих важное медицинское значение. Одна клетка, очень редкая в организме человека, которая была обнаружена в лаборатории профессора Регев и доктора Джаяраджа Раджогопала, была названа «легочным ионоцитом».

«Мы все еще открываем для себя совершенно новую биологию, которая может изменить наш подход, - добавили Регев, Тейхманн и Линнарссон. - Результаты этой работы могут иметь значение для разработки целенаправленной терапии кистозного фиброза».

Еще один прорыв, связанный с использованием новых методов идентификации типа клеток, был сделан в лаборатории Идо Амит в НИИ им. Вейцмана. Профессор Амит, член организационного комитета проекта, был вовлечен в проект с самого начала. Он и его коллеги обнаружили, что в иммунной системе есть клетки, называемые микроглией, которые отвечают за удаление мусора в мозге, чье накопление связано с развитием болезни Альцгеймера. Это открытие создает новые возможности для профилактики и лечения болезни Альцгеймера, например, путем контроля активности микроглии с целью замедления распространения заболевания.

Третий пример в этом отношении состоит из прорывов в идентификации типов клеток, участвующих в развитии раковых опухолей. Злокачественные опухоли состоят из различных типов клеток - раковых клеток. Наряду с нераковыми клетками, такими как клетки иммунной системы, соединительной ткани, кровеносных сосудов и т.д., они создают микросреду опухоли. Недавние исследования показали, что все эти клетки, как раковые, так и нераковые, играют ключевую роль в росте опухоли, а новые методы иммунотерапии показали, что работа с ними может принести пользу больным раком.

Однако многие пациенты не реагируют на иммунотерапию. Одна из причин этого была обнаружена в исследованиях, в которых участвовала Авив Регев. В ходе исследования был обнаружен единственный подтип раковой клетки, который отделяет клетки иммунной системы от опухоли. Лаборатория Регев, с участием исследователей из Института изучения рака в Гарварде, использовала вычислительные методы для определения лечения, которое могло бы уничтожить эти клетки. Регев рассказала, что в настоящее время разрабатывается клинический эксперимент по лечению на людях.

Точно так же три исследователя сообщили, что исследования, проведенные коллегами в проекте «Карта человеческих клеток» (среди них проф. Пеэр и Амит), обнаружили ранее неизвестные признаки у больных раком.

Амбиции, масштаб и важность проекта «Карта человеческих клеток» предполагают сравнение с предыдущим крупным проектом биологических исследований: нанесением на карту генома человека. Дискуссия о нанесении на карту всех трех миллиардов значений человеческой ДНК началась в середине 1980-х годов: проект, финансируемый из федерального бюджета, был официально запущен в 1990 году, а первый проект полного генома был представлен в 2001 году. Весь проект стоил 3 млрд. долларов; участники прибыли из двадцати университетов и исследовательских институтов США, Великобритании, Японии, Франции, Германии и Китая. Нанесение на карту генома также столкнулось с конкуренцией между государственными исследованиями и частным бизнесом, когда ученый и предприниматель Дж. Крейг Вентер объявил о параллельном проекте за одну десятую стоимости. В конечном итоге результаты государственных и частных инициатив были представлены вместе.

Цель обоих проектов - получить представление о жизненно важных аспектах биологии человека: наших генах и наших клетках. Однако существуют различия между этими двумя проектами, начиная с их организационной структуры. Ранее предпринятые усилия были начаты на институциональном уровне, централизованно управлялись и проводились в небольшом числе лабораторий, в зависимости от масштаба предприятия. Напротив, проект «Карта человеческих клеток» был рассредоточен среди большого числа лабораторий и ученых по всему миру.

Этот демократический подход к научным знаниям призван сделать возможным широкий спектр исследований.

«С самого начала мы разработали этот проект, как общественное благо, чтобы обеспечить процветание науки во всем мире, - отметили Регев, Тейхманн и Линнарссон. - Проект поможет продвинуть новые открытия, закладывая фундамент для новой эры точной и регенеративной медицины».

Дана Пеэр подчеркнула важность участия в проекте лабораторий в африканских и южноамериканских странах, что позволяет ему охватить весь спектр человеческой биологии (в отличие от предыдущего проекта, который был сфокусирован на ДНК белых европейцев), и поощрять научные исследования в этих странах. Кроме того, она заметила, что «когда мы создаем карту клеток в легких, она должна быть применимой, и, следовательно, эксперт по легким также должен участвовать в ее создании».

По словам Авив Регев, международный проект такого масштаба должен обязательно иметь целый ряд доноров. Следующие три-пять лет проекта, до завершения его первого этапа, будут в основном финансироваться с помощью большинства вышеупомянутых учреждений и фондов.

По мнению Регев, научный аспект остается самой большой проблемой исследования. «В теле взрослого человека есть 37,2 триллиона клеток, - пишет она. - Тем не менее, клетки одного и того же «типа» будут в значительной степени похожи друг на друга». Чтобы добиться успеха, систематические исследования должны проводиться на крупных и очень сложных органах человеческого тела. «Нам нужно собрать достаточно образцов, чтобы предположить, что мы видели достаточно примеров», - добавила она.

Сколько типов клеток они ожидают обнаружить? «Сегодня никто не знает, сколько всего типов клеток», - объяснила Регев. Она напоминает, что во время нанесения на карту генома человека некоторые ученые подсчитали, что ДНК включает сотни тысяч различных генов, но когда нанесение генов на карту было завершено, оказалось, что их всего несколько десятков тысяч. Ученые все еще спорят по этому вопросу, поэтому, по ее словам, «люди боятся указать число».

Асаф Ронэль, «ХаАрец», Л.К.

Фото: Томер Аппельбаум


Реклама

Анонс

Реклама

Партнёры

Загрузка…

Реклама

Партнеры

  • Все новости | Cursorinfo: главные новости Израиля
  • Error
  • Error
  • Error

В чернобыльской зоне правоохранители задержали пятерых «байксталкеров», которые незаконно проникли в ...

Хантер Байден принял решение об увольнении с поста управляющего в китайской компании ...

Израильская актриса исполнит роль Ирэны Сендлер, которая уберегла тысячи детей от зверств нацистов. ...

Венгерский премьер-министр Виктор Орбан потерпел самую большую политическую неудачу за десятилетие в ...

Австралийские ученые выяснили и доказали, что определенная еда лишает представителей сильного пола « ...

RSS Error: WP HTTP Error: Предоставлен неверный URL.

RSS Error: WP HTTP Error: Предоставлен неверный URL.

RSS Error: WP HTTP Error: Предоставлен неверный URL.

Send this to a friend