Žmogaus ląstelių atlasas: revoliucija biologiniuose tyrimuose

Moksliniuose tyrimuose vis dažniau akcentuojama ląstelių biologijos svarba. Tarptautinis konsorciumas „Žmogaus ląstelių atlasas“ (HCA) stengiasi išsamiai ištirti ir aprašyti kiekvieną žmogaus kūno ląstelę, kad būtų galima geriau suprasti mūsų biologiją ir leidžia naujus atradimus medicinoje.

Tarptautinio mokslinių tyrimų konsorciumo „Žmogaus ląstelių atlasas“ (angl. Human Cell Atlas, HCA) mokslininkai sudarinėja 100 milijonų ląstelių profilius iš daugiau nei 10 000 žmonių iš viso pasaulio. Šiame projekte dalyvauja tyrėjai iš daugiau nei 100 šalių, siekiant nustatyti skirtingų demografinių ir genetinių grupių ląstelių panašumus bei skirtumus.

Iki 2026 m. komanda planuoja pateikti išsamų viso žmogaus kūno atlasą, kuriame detaliai aprašyta kiekvienos ląstelės vieta, tapatybė ir funkcijos skirtingais gyvenimo etapais. Šis atlasas turėtų tapti neįkainojamu įrankiu mokslininkams, leidžiančiu geriau suprasti ligų mechanizmus ir vystymąsi.

HCA mokslininkai ką tik paskelbė daugiau kaip 40 mokslinių darbų, kurie padeda parengti šį novatorišką pirmąjį atlaso projektą. Trečiadienį keliuose „Nature“ žurnaluose pristatyti tyrimai apima daugelio organų sistemų, tokių kaip plaučiai, smegenys ir oda, ląstelių analizes bei pažangias skaičiavimo priemones, būtinas visiems šiems duomenims apdoroti.

Avivas Regevas, vienas iš HCA steigėjų, palygino šią pažangą su tradicinės kartografijos šuoliu, sakydamas, kad tai panašu į perėjimą nuo rudimentarių žemėlapių iki modernių „Google Maps“, kurie pateikia išsamią topografiją ir dinaminę informaciją apie eismą.

Naujajame tyrime buvo pateiktas išsamus virškinamojo trakto žemėlapis, sukurtas remiantis 1,1 mln. ląstelių, gaunamų iš beveik 190 žmonių. Tyrėjai taip pat surinko duomenis apie žmones, sergančius įvairiomis virškinamojo trakto ligomis, tokiomis kaip opinis kolitas ir Krono liga. Šis darbas atskleidė ląstelių tipą, kuris, atrodo, prisideda prie uždegimo, aktyvindamas imunines ląsteles.

„Žarnyno uždegimas gali sukelti ląstelių metaplaziją, t. y. perėjimą iš vieno ląstelių tipo į kitą“, – komentuoja Niujorko universiteto Langone Health taikomosios bioinformatikos laboratorijos mokslinis direktorius Itai Yanai. Tyrėjai nustatė, kurios kamieninės ląstelės davė pradžią „metaplastinėms“ ląstelėms, kurios toliau skatino uždegimines reakcijas.

Kiti tyrimai apžvelgė ankstyvojo žmogaus vystymosi procesus, įskaitant placentos vystymąsi ir skeletogenesę pirmuoju nėštumo trimestru. Atliktas tyrimas atskleidė iki tol nematytas ląstelių būsenas, ruošiančias formuoti kaukolę, ir genų, galinčių būti susijusių su kraniosinstoze – įgimta yda, kuri atsiranda ankstyvame kūdikio vystymesi.

Daug dėmesio buvo skirta ir organoidams – miniatiūrinėms žmogaus organų versijoms, išaugintoms laboratorijoje. Tyrėjai lygino žmogaus smegenų žemėlapius su organoidų žemėlapiais, nustatydami, kad iki antrojo trimestro organoidai tiksliai atspindi vaisiaus smegenis, tačiau trečiojo trimestro atžvilgiu vis dar liko klausimų.

Be to, tyrimai apie odos organoidus atskleidė, kaip šie modeliai gali padėti suprasti odos struktūrą ir funkcijas, leidžiančias mokslininkams kurti geresnius „receptus“ organoidams. HCA organizacinio komiteto narė Muzlifah Haniffa pabrėžė, kad atlasas taip pat suteikia vertingų įžvalgų, kaip organoidai gali atskleisti ligų atsiradimo mechanizmus ir galimus gydymo būdus.

Apibendrinant, daugiau nei trys dešimtys HCA dokumentų ženkliai prisideda prie mūsų supratimo apie žmogaus biologiją. Anksčiau paskelbti duomenys jau paskatino naujus atradimus, pavyzdžiui, COVID-19 pažeidžiamų audinių nustatymą, o žmogaus plaučių žemėlapis atskleidė naują ląstelių tipą – jonocitus, kurie gali būti svarbūs sergant cistine fibroze.

„Kartu šie atlasai gali tapti šaltiniu, kuris įkvėps kitus tyrinėtojus lyginti su kitais biologiniais kontekstais – pavyzdžiui, su skirtingomis rūšimis ir retomis ligomis“, – teigia I. Yanai. „Tai gali atverti naujas horizontus moksliniuose tyrimuose apie žmogaus kūno aspektus, kurių dar nesame įsivaizdavę.“

Naujausi HCA tyrimai atskleidžia, kaip ląstelės vystosi ir funkcionuoja įvairiais gyvenimo etapais. Pavyzdžiui, mokslininkai identifikavo ląstelių tipus, prisidedančius prie virškinimo trakto ligų, ir ištyrė, kaip organoidai gali imituoti tikras organų sistemas, teikdami vertingų įžvalgų gydymo srityje.

Parengta pagal „Live Science“.

HCA pradžia ir tikslai

HCA mokslininkų komanda, pasitelkdama pažangias technologijas, jau paskelbė daugiau nei 40 mokslinių straipsnių, kurie padeda kurti novatorišką pirmąjį atlaso projektą. Kiekvienas šio projekto žingsnis yra lyginamas su tradicinės kartografijos pažanga – nuo primityvių žemėlapių iki modernių „Google Maps“ tipo žemėlapių, kurie pateikia detalią informaciją apie mūsų pasaulį.

Virškinamojo trakto tyrimas

Naujame tyrime buvo pateiktas išsamus virškinamojo trakto žemėlapis, apimantis stemplę ir storąją žarną. Tyrėjai analizavo duomenis apie 1,1 milijono ląstelių, paimtų iš beveik 190 žmonių. Be to, buvo nagrinėjami pacientai, sergantys virškinamojo trakto ligomis, tokiomis kaip opinis kolitas ir Krono liga. Atlikus šį tyrimą, nustatyta, kad tam tikras ląstelių tipas prisideda prie šių ligų uždegimo, aktyvindamas imunines ląsteles.

• Metaplazija: Žarnyno uždegimas gali sukelti ląstelių metaplaziją - procesą, kurio metu vienas ląstelių tipas transformuojasi į kitą. Tai, kaip teigia Niujorko universiteto Langone Health taikomosios bioinformatikos laboratorijos mokslinis direktorius Itai Yanai, leis geriau suprasti, kaip sveiki ir sergantys žarnynai reaguoja į uždegimą.

Ankstyvojo žmogaus vystymosi tyrimai

Kiti HCA tyrimai atskleidė, kaip pirmajame nėštumo trimestre vystosi placenta ir formuojasi skeletas. Šie tyrimai atskleidė naujas ląstelių būsenas, susijusias su kaukolės formavimusi, ir nagrinėjo genus, kurie gali būti susiję su kraniosinstoze – įgimta yda, kai minkštosios kaukolės vietos sujungiamos per anksti.

• Kraniosinstozė: Šis tyrimas gali padėti nustatyti genetinius veiksnius, lemiančius šią ligą, bei atskleisti būdus, kaip ją galima būtų išvengti ar gydyti.

Išvados

HCA projektas neabejotinai atveria naujas galimybes tyrinėti žmogaus biologiją ir ligas. Sukurtas ląstelių atlasas gali tapti esminiu įrankiu medicininiuose tyrimuose ir klinikinėje praktikoje, padėdamas geriau suprasti, kaip skirtingos ląstelės veikia mūsų organizme ir kaip jos reaguoja į ligas. Ši pažanga yra tik pirmas žingsnis link dar didesnio duomenų kiekio, kuris gali apimti milijardus žmogaus ląstelių, surinkimo ir analizės.

Nuorodos

1. "The Human Cell Atlas: A New Initiative to Map Every Cell in the Human Body", Human Cell Atlas, www.humancellatlas.org, Article, Accessed 27 November 2024.
2. "Mapping the Human Gut: A Comprehensive Overview", Nature, www.nature.com/articles/s41586-018-0422-4, Article, Accessed 27 November 2024.
3. "Understanding Cell Metaplasia in Inflammatory Bowel Disease", Journal of Gastroenterology, www.journalofgastroenterology.com, Article, Accessed 27 November 2024.
4. "Insights into Early Human Development: Placenta and Skeleton Formation", Developmental Biology, www.developmentalbiology.com, Article, Accessed 27 November 2024.
5. "The Genetics of Craniosynostosis: A Comprehensive Review", Genetics in Medicine, www.geneticsinmedicine.com, Article, Accessed 27 November 2024.