Детальні, як Google-карти: науковці створили атлас клітин окремих систем організму людини

Очікується, що ці дані допоможуть діагностувати та лікувати людські захворювання.

Про це йдеться в перших дослідження авторства вчених ініціативи "Атлас людських клітин" (Human Cell Atlas), інформує Reuters та Nature. Висновки опублікували в Nature і афілійованих журналах Nature Portfolio.

Проєкт розпочали в 2016 році біологи Авів Регев і Сара Тейхман, які зібрали навколо ідеї опису клітин людського організму близько 3000 науковців із 1700 установ.

Вони поставили перед собою амбітну мету – каталогізувати кожен тип клітин тіла людини – від етапу розвитку до старості. Відтак йдеться про вивчення та аналіз близько 37,2 трильйона клітин.

Завдання ускладнюється тим, що клітини постійно змінюють внаслідок багатьох факторів, зокрема походження людини, її місця проживання, статі, віку і способу життя.

Завдяки близько 9000 донорів по всьому світу команда "Атласу людських клітин" отримала дані про приблизно 62 мільйонів людських клітин, які класифікують за 18 біологічними мережами. Йдеться про легені, серце, кишківник, імунну, нервову системи та інші.

Для опису майбутнього атласу використовують різні метафори – проєкт називають Google-картами людського тіла, періодичною таблицею та Вікіпедією клітин.

Для чого потрібна ця робота?

Упорядкування знань про клітини допоможуть покращити розуміння дослідників того, як працює людський організм у нормальному стані та під час хвороби.

"По-перше, це наша людська цікавість. Ми хочемо знати, з чого ми зроблені. Насправді, через це біологи картографують клітини з 1600-х років.

Друга і дуже прагматична причина полягає в тому, що це важливо для нас, щоб розуміти та лікувати хвороби. Клітини є основною одиницею життя, і коли щось йде не так, проблеми перш за все стосуються наших клітин", – пояснив Авів Регев.

Очікується, що отримані дані зможуть відкрити нове розуміння біології людини та хвороб.

Зокрема, перші висновки дослідників підкреслюють відмінність між легенями людей у Малаві (країні Східної Африки), які померли через COVID-19, та тих, чиє життя забрали інші захворювання легень.

Які перші результати проєкту?

Дослідники створили карту розвитку скелета в першому триместрі вагітності, що дозволило їм описати всі клітини, генні мережі та взаємодії, пов’язані з ростом кісток, на ранніх стадіях розвитку людини.

Вони показали, що хрящ діє як каркас для розвитку кісток по всьому скелету, а не лише верхньої частини черепа.

Крім того, вчені внесли на карту всі клітини, що відіграють визначальну роль для формування черепа. Науковцям вдалося дослідити, як генетичні мутації можуть спричинити надто раннє зрощення м’яких плям у черепі новонародженої дитини, стримуючи розвиток мозку.

У ході роботи вчені виявили, що певні гени в ранніх кісткових клітинах можуть бути пов'язаними з підвищеним ризиком розвитку артриту кульшового суглоба в дорослому віці.

За словами авторів роботи, знання про ці клітини потенційно можна використовувати для виявлення та лікування вроджених хвороб.

Перші результати роботи ініціативи також представили атлас шлунково-кишкового тракту, зокрема, тканин порожнини рота, стравоходу, шлунку, кишківника та товстої кишки.

Науковці виявили тип кишкових клітин, які можуть бути залучені до запалення. Ці дані можуть бути корисними для діагностування та лікування хвороби Крона та виразкового коліту, кажуть вони.

Також команда біологів запропонувала атлас розвитку тимуса людини – центрального лімфатичного органу, який "тренує" імунні клітини до протистояння інфекціям та раку.

"Хоча основна увага була зосереджена на картографуванні клітин здорового людського тіла, проєкт уже вніс цінну інформацію про такі захворювання, як рак, COVID-19, муковісцидоз (хвороба органів дихання) і захворювання, що вражають серце, легені та кишківник", – сказала науковиця, членкиня оргкомітету проєкту Александра-Хлоя Віллані.

Науковці стверджують, що дані атласу клітин людини дозволять дослідникам тренувати комп’ютерні моделі в ході наступних досліджень.

"Розуміння людського розвитку має вирішальне значення для розуміння розладів розвитку, які мають пренатальний початок, а також захворювань, які також вражають дорослих, оскільки шляхи розвитку можуть знову з’явитися під час хвороби в більш пізньому віці.

Практичні застосування [даних атласу] передбачають нову діагностику та клінічне лікування", – каже член оргкомітету, науковець з Інституту Велкома Сенгера та Ньюкаслського університету (Велика Британія) Музліфа Ханіффа.

Дослідники мають на меті створити першу чернетку атласу протягом наступних 1-2 років.

Раніше науковці створили детальну карту всього мозку плодової мушки, завдяки чому планують дослідити мислення людини.