„100 milijonų ląstelių.“ Kuria žmogaus ląstelių atlasą

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

Iki 2026 m. komanda planuoja pateikti viso žmogaus kūno atlasą, kuriame bus išsamiai aprašyta kiekvienos ląstelės vieta, tapatybė ir funkcijos skirtingais gyvenimo etapais.

Mokslininkai planuoja, kad šis atlasas bus tik pirmasis projektas – vėlesniuose variantuose gali būti įtraukti duomenys iš milijardų žmogaus ląstelių.

Dabar HCA mokslininkai ką tik paskelbė daugiau kaip 40 mokslinių darbų, kurie padės parengti novatorišką pirmąjį atlaso projektą. Trečiadienį keliuose „Nature“ žurnaluose paskelbtame mokslinių tyrimų rinkinyje aprašomos daugelio organų ir organų sistemų, įskaitant plaučius, smegenis ir odą, ląstelės ir pažangios skaičiavimo priemonės, reikalingos visiems šiems duomenims apdoroti.

Vienas iš HCA steigėjų Avivas Regevas palygino šią pažangą su tradicinės kartografijos šuoliu. Įsivaizduokite, kad turėtumėte tik XV a. pasaulio žemėlapius, o dabar turite „Google Maps“ žemėlapius su išsamia topografija, gatvių vaizdais ir dinamiškais eismo modeliais.

„Taigi tai ir yra šuolis, kurį mes padarėme – nuo žemėlapių, kurie atrodo taip pat primityviai, pereiname prie žemėlapių, kurių raiška atitinka „Google“ žemėlapio raišką, – pasakoja R. Regevas. – Tačiau dar turime daug darbo“.

Naujajame tyrime pateiktas išsamus virškinamojo trakto žemėlapis nuo stemplės iki storosios žarnos. Mokslininkai sudarė sveiko virškinamojo trakto žemėlapį, remdamiesi 1,1 mln. ląstelių, paimtų iš beveik 190 žmonių. Jie taip pat surinko duomenis apie žmones, sergančius įvairiomis virškinamojo trakto ligomis, įskaitant opinį kolitą ir Krono ligą. Atlikdami šį darbą jie atskleidė ląstelių tipą, kuris, regis, prisideda prie šių ligų uždegimo, greičiausiai sužadindamas 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. Jis teigia, kad turėdami sveikų ir sergančių žarnynų duomenis, tyrėjai galėjo tiksliai nustatyti, kurios kamieninės ląstelės davė pradžią „metaplastinėms“ ląstelėms. Po transformacijos metaplastinės ląstelės paskatino dar didesnį uždegimą.

Kituose darbuose mokslininkai atvėrė langą į ankstyvąjį žmogaus vystymąsi, atskleisdami, kaip pirmajame nėštumo trimestre vystosi placenta ir pradeda formuotis skeletas. Pastarasis tyrimas atskleidė dar niekada nematytas būsenas, į kurias patenka ląstelės, besiruošiančios formuoti kaukolę. Mokslininkai taip pat tyrė genus, kurie gali būti susiję su kraniosinstoze – įgimta yda, kai minkštosios kaukolės vietos susilieja per anksti.

Kituose straipsniuose daugiausia dėmesio buvo skiriama organoidams – miniatiūrinėms žmogaus organų versijoms, išaugintoms laboratorijoje. Viename iš jų nagrinėjami smegenų organoidai, imituojantys besivystančias smegenis. Skirtingose laboratorijose organoidams auginti naudojamos įvairios strategijos, tačiau kyla klausimų, kuris metodas sukuria geriausią modelį – kuris smegenų organoidas geriausiai imituoja tikras smegenis?

Mokslininkai palygino žmogaus smegenų žemėlapius su organoidų žemėlapiais ir nustatė, kad bent jau iki antrojo trimestro organoidai gana tiksliai atitinka vaisiaus smegenis. Lieka atvirų klausimų dėl trečiojo trimestro.

Kitoje laboratorijoje buvo atliktas panašus odos organoidų tyrimas, siekiant išsiaiškinti, kiek jie panašūs į tikrą odą.

Atlasas padeda mokslininkams sukurti „geresnius receptus“ organoidams, spaudos konferencijoje sakė HCA organizacinio komiteto narė Muzlifah Haniffa.

Tačiau „informacija sklinda abiem kryptimis“, – priduria viena iš HCA pirmininkų Sarah Teichmann. Nes organoidai taip pat atskleidžia subtilias detales apie tai, kas vyksta organizmo viduje. Ji sako, kad mokslininkai gali „kištis į ląsteles, trikdyti ląsteles“ taip, kaip nebūtų įmanoma su pačiais žmonėmis. Taigi, tikroviškų organoidų kūrimas gali padėti atskleisti, kaip atsiranda ligos ir kokiais vaistais jas galima veiksmingai gydyti.

Apibendrinant, daugiau nei trys dešimtys HCA dokumentų yra didelis žingsnis į priekį. Tuo tarpu anksčiau konsorciumo paskelbti duomenys jau paskatino naujus atradimus: 2020 m. paskelbti moksliniai darbai padėjo atskleisti netikėtus COVID-19 pažeidžiamus audinius, o žmogaus plaučių žemėlapis atskleidė naują ląstelių tipą – jonocitus, kurie gali būti svarbūs sergant cistine fibroze.

„Kartu šie atlasai gali tapti šaltiniu, kuris galėtų įkvėpti kitus tyrinėti ir lyginti su kitais biologiniais kontekstais – pavyzdžiui, skirtingomis rūšimis ir retomis ligomis, – teigia I. Yanai. – Tuomet mokslininkai gali atrasti dar neįsivaizduojamus žmogaus kūno aspektus.“

Parengta pagal „Live Science“.