Didžiulis mokslo šuolis: jau greitai pamatysite kiekvieną savo kūno ląstelę

Žmogaus kūne yra apie 36-37 trilijonai ląstelių, o mokslininkai šiuo metu kartografuoja, kur gyvena kiekviena iš šių ląstelių, galiausiai planuodami pateikti viso žmogaus kūno žemėlapį.

Iki 2026 m. bus pateiktas viso žmogaus kūno atlasas

Tarptautinio mokslinių tyrimų konsorciumo „Žmogaus ląstelių atlasas“ (angl. „Human Cell Atlas“, HCA) mokslininkai sudarė 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 ir 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.

HCA mokslininkai ką tik paskelbė daugiau kaip 40 darbų, kurie padės parengti novatorišką pirmąjį atlaso projektą.

Paskelbtame naujausiame mokslinių tyrimų rinkinyje aprašomos daugelio organų ir organų sistemų, įskaitant plaučius, smegenis ir odą, ląstelės ir pažangios skaičiavimo priemonės, reikalingos visiems šiems duomenims apdoroti.

Avivas Regevas, vienas iš HCA steigėjų ir pirmininkų, palygino šią pažangą su tradicinės kartografijos šuoliu.

Įsivaizduokite, kad turėtumėte tik XV a. pasaulio žemėlapius, o dabar turite „Google“ žemėlapius su išsamiais topografiniais duomenimis, 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. Tačiau dar turime daug darbo.“ – sakė R. Regevas.

Jau pateiktas išsamus virškinamojo trakto žemėlapis

Naujajame tyrime pateiktas išsamus virškinamojo trakto žemėlapis, einantis 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 sukeldamas imunines ląsteles.

„Žarnyno uždegimas gali sukelti ląstelių metaplaziją, t. y. perėjimą iš vieno ląstelių tipo į kitą.“ – komentare rašė Itai Yanai, NYU Langone Health taikomosios bioinformatikos laboratorijos mokslinis direktorius.

Yanai teigė, kad turėdami sveikų ir sergančių žarnyno organų duomenis, mokslininkai galėjo tiksliai nustatyti, kurios kamieninės ląstelės davė pradžią „metaplastinėms“ ląstelėms. Po transformacijos metaplastinės ląstelės paskatino dar didesnį uždegimą, teigiama tyrime.

Pažvelgta ir į ankstyvąjį žmogaus vystymąsi

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 skirta 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 nustatyti, kiek jie panašūs į tikrą odą.

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

Tačiau viena iš HCA pirmininkių Sarah Teichmann pridūrė, kad „informacija sklinda abiem kryptimis“, nes organoidai taip pat atskleidžia subtilias detales apie tai, kas vyksta organizmo viduje.

Ji sakė, kad mokslininkai gali „stumdyti ląsteles, trikdyti ląsteles“ taip, kaip tai nebūtų įmanoma su žmonėmis. Taigi tikroviškų organoidų kūrimas gali padėti atskleisti, kaip atsiranda ligos ir kokie vaistai galėtų jas veiksmingai gydyti.

Tai didelis mokslo žingsnis į priekį

Apibendrinant daugiau nei tris dešimtis HCA darbų, galima teigti, kad jie yra didelis žingsnis į priekį.

Tuo tarpu anksčiau konsorciumo paskelbti duomenys jau paskatino naujus atradimus: 2020 m. paskelbti darbai padėjo atskleisti netikėtus COVID-19 pažeidžiamus audinius, o žmogaus plaučių žemėlapis atskleidė naują ląstelių tipą – jonocitus, kurie gali būti svarbūs sergant cistine fibroze.

„Visi atlasai gali tapti šaltiniu, kurį kiti galėtų tyrinėti ir lyginti su kitais biologiniais kontekstais, pavyzdžiui, skirtingomis rūšimis ir retomis ligomis.“ – rašė Yanai.

Jis taip pat pridūrė, kad tuomet mokslininkai gali atrasti dar neįsivaizduojamus žmogaus kūno aspektus.