№02 февраль 2023

Портал функционирует при финансовой поддержке Министерства цифрового развития, связи и массовых коммуникаций.

Девять значимых событий 2022 года в биологии и медицине

Новейшие методы молекулярной и клеточной биологии позволяют прочесть ДНК и РНК из одной-единственной клетки. На фото: иммунная NK-клетка, или естественный киллер. Источник: NIAID/Wikimedia Commons/CC BY 2.0.

1. В КЛЕТОЧНЫЙ АТЛАС ДОБАВИЛИ ПОЛМИЛЛИОНА НОВЫХ КЛЕТОК

Биология и медицина не избежали общего стремления к накоплению больших данных — в 2022 году клеточный атлас человека пополнился почти полумиллионом новых клеток. Переписью человеческих клеток занимается международный научный консорциум, который так и называется — Human Cell Atlas (HCA), то есть Атлас клеток человека. Он возник в 2016 году и сейчас объединяет более 2300 исследователей из 83 стран. Несколько лет назад HCA уже публиковал первые результаты с информацией более чем о полумиллионе клеток, а результаты новых исследований описаны в нескольких статьях, опубликованных в прошлом году в журнале «Science». В чём смысл такой работы?

Для атласа клетки изучают в прямом смысле поштучно: берут одну-единственную клетку и анализируют в ней активность генов, а именно, читают РНК, которая в этой клетке есть (информация с ДНК сначала копируется в РНК, и активность гена можно оценить по количеству таких копий).

Все наши клетки несут одни и те же гены, но мышечная клетка не похожа на клетку поджелудочной железы, синтезирующую инсулин, а нейрон не похож на Т-лимфоцит. Из множества генетических программ клетки работает та, которая нужна в конкретном органе и конкретной ткани.

Долгое время особенности разных клеток изучали по тканям: есть нервная ткань, есть мышечная, есть соединительная и т. д. Но орган — это более сложная вещь, в каждом органе есть представители разных тканей. И вот тут возникает вопрос, насколько клетки, которые принадлежат одной и той же ткани, отличаются в зависимости от того, в каком органе они сидят. Например, фибробласты соединительной ткани лёгких и фибробласты соединительной ткани кожи — одинаково ли они работают, отличается ли в них активность генов? Именно такие отличия и ищут составители клеточных атласов. Строго говоря, их цель не в том, чтобы описать буквально каждую клетку в каждом органе, — в этом нет смысла, поскольку органы состоят не из уникальных клеток, а из клеточных групп, принадлежащих разным тканям. Но у клеток одной и той же ткани в разных органах будут свои особенности. И эти особенности можно увидеть в том, какие гены в них активны, а какие нет.

Возьмём, к примеру, те же фибробласты. Новые данные говорят о том, что в лёгочных фибробластах работают гены, которые обычно активны в мышечных клетках. Это не значит, что клетки соединительной ткани вдруг становятся мышечными и начинают сокращаться, но, так или иначе, им в лёгких зачем-то нужны некоторые молекулярные инструменты из мышечного арсенала. Другой пример — иммунные макрофаги, которые блуждают по тканям и в прямом смысле слова съедают всё подозрительное. Их, как оказалось, есть две группы: макрофаги сугубо иммунные, нацеленные на патогены, и макрофаги, которые поддерживают ткань в её повседневной работе, убирают разный мусор. Причём в каждой ткани доля тех и других макрофагов разная, в зависимости от того, чем эта ткань занимается.

Во многом неожиданные результаты касаются так называемых генов домашнего хозяйства — то есть таких генов, которые необходимы для базовых жизненных функций и активны в любых клетках. Оказалось, что, несмотря на свою «базовость», гены домашнего хозяйства в разных клетках работают по-разному.

Многие заболевания связаны с тем, что какой-то ген или группа генов перестают работать или, наоборот, начинают работать слишком активно. И здесь всё зависит от того, в каких клетках возникают генетические аномалии. Например, если речь о мерцательной аритмии, то неполадки с генами должны быть в клетках сердца — это очевидно. Однако в новом клеточном атласе есть данные о неожиданной активности генов, связанных с болезнями, в нехарактерных для них клетках. Те же гены мерцательной аритмии зачем-то нужны клеткам скелетных мышц, пищевода и предстательной железы. Какую роль они там играют, могут ли спровоцировать какую-нибудь патологию, и имеют ли сердечные гены, работающие в пищеводе, какое-то отношение к сердцу, пока неясно. Но так или иначе с помощью клеточного атласа удалось найти новые клетки для шести тысяч «одногенных» заболеваний и для двух тысяч сложных генетических расстройств. (Хотя, повторим ещё раз, что вовсе не обязательно новонайденные клетки играют какую-то роль в этих болезнях.)

Подобные исследования — характерная примета современной науки, которая может позволить себе подсчитывать клетки и молекулы поштучно. Кроме проекта HCA, есть другие, посвящённые человеческому мозгу или отдельным видам рака, или даже отдельным типам клеток в пределах опухоли одного вида.

Портал журнала «Наука и жизнь» использует файлы cookie. Продолжая пользоваться порталом, вы соглашаетесь с хранением и использованием порталом и партнёрскими сайтами файлов cookie на вашем устройстве. Подробнее