Российско-американские ученые открыли неизвестные ранее механизмы работы иммунных клеток

23 марта в одном из самых престижных медицинских журналов Immunity была опубликована статья об уникальной способности иммунных клеток-макрофагов менять свою специализацию в организме в зависимости от выполняемой ими задачи. Об исследовании этого феномена, проведенном совместно с группой американских исследователей, рассказывает один из авторов публикации, аспирант кафедры компьютерных технологий Университета ИТМО Алексей Сергушичев.

– О чем ваша статья, опубликованная в Immunity?

– Нам с американскими коллегами удалось разработать метод нетаргетированного анализа изменения метаболизма макрофагов, который позволяет «заглянуть» внутрь механизмов, регулирующих метаболические реакции. Реакции – важная часть работы нашего организма, мы изучаем, в частности, биохимические: превращение одних веществ в другие, синтез аминокислот, разложение глюкозы и тому подобное. А разработанный метод позволяет понять, как эти процессы протекают, и как они связаны между собой.

Например, мы можем получить данные об экспрессии генов, то есть понять, насколько определенный ген используется клеткой. Некоторые гены кодируют белки, которые, в свою очередь, являются катализаторами реакций, то есть могут ими управлять. Следовательно, есть белок – будет реакция, нет белка – нет реакции. Помимо этого, в реакциях участвуют метаболиты – органические продукты, которые образовались путем соединения различных других веществ. Их в нашем организме тысячи, если не десятки тысяч. От концентрации этих веществ зависит поведение реакций: их скорость, последовательность и результат. Проанализировать, как именно концентрации разных веществ влияют на реакции, чрезвычайно сложно, но нам это удается.

Все эти вещества движутся в общем потоке, но до создания нашего метода было неясно, в какую сторону. Стандартный метод решения этой проблемы: изучить специфические данные, на основе которых можно сделать некое заключение. Но единичное значение концентрации метаболитов ничего не даст, потому что оно зависит от влияния на него других веществ и ферментов, значения которых неизвестны. Поэтому отследить некую закономерность можно, лишь сравнивая концентрации вещества в разных состояниях активации макрофагов, – условно, при классической и альтернативной активациях.

И уже исходя из полученных данных, можно экспериментировать с этими процессами, проводить анализы и делать выводы. В частности, выявленный нами набор биохимических реакций позволил обнаружить неизвестные ранее метаболические механизмы, связанные с активацией макрофагов. Используя эти данные, нам удалось составить цепочки наиболее вероятных химических превращений веществ, которые осуществляются при классической и альтернативной активациях. В результате мы описали в своей работе несколько новых механизмов, которым является зависимость альтернативной активации макрофагов от концентрации глутамина.

В общих словах, до нашего исследования понимание процессов, происходящих в организме на клеточном уровне, не описывало того, как они осуществляются «изнутри». Наша работа позволила проследить за изменениями в химических реакциях. Одной из целей нашего исследования было оценить, как движутся определенные потоки реакций, достигнут ли они цели, и как можно повлиять на их направление. Это довольно длительный процесс, состоящий из нескольких этапов: проведение биологических опытов, получение данных, их математическая обработка, анализ и так далее.

– Что даст понимание этих процессов, какие проблемы поможет решить?

– Зная, как происходят реакции при активации иммунных клеток, мы можем рассчитать, как повлиять на этот процесс, замедлить его или ускорить. Такие возможности могут оказаться важными для лечения некоторых болезней, связанных с иммунитетом, и создания соответствующих лекарств. Безусловно, разработка новых медикаментов – долгий процесс со своими нюансами, говорить об этом еще рано, но такая перспектива есть, ведь, по сути, лекарства – те же вещества, что участвуют в реакциях в организме. Полученные нами в результате исследований знания о движениях веществ, их взаимодействии между собой даст представление, на что именно нужно воздействовать.

– Над чем вы работаете сейчас?

– Мы получили отзывы рецензентов, часть из которых потребовала от нас дополнительных экспериментов и подсчетов новых данных. В итоге мы добились поставленной цели, усовершенствовав наше исследование, сделав его более полным. Хотя в наших планах продолжать работу, сделать исследование более таргетированным. Потому что изначально мы не выбирали определенные гены и вещества для исследования – у нас просто был широкий спектр, изучая который, мы нашли нечто интересное.

Параллельно мы доработаем математическую составляющую метода и применим его к другим биологическим задачам, где важны изменения в реакциях: например, в изучении рака.

Пресс-служба Университета ИТМО

Архив по годам: