Легкие – очень сложный орган, в котором большое количество очень разных клеток должны работать вместе, чтобы обеспечить нормальное дыхание и защиту от инфекции. Если бы человеческое легкое со всеми его ветвями было разложено на земле, оно заняло бы площадь около 70 квадратных метров?.
Если затем учесть, что клетки имеют размер всего несколько тысячных миллиметра и состоят из примерно 40 различных высокоспециализированных типов клеток, можно начать понимать сложность, связанную с исследованием процессов, которые влияют на все легкое. Однако достижения в области технологий открыли для ученых новые возможности в этой области.
«В рамках текущего исследования мы проанализировали изменения между молодыми и стареющими легкими вплоть до уровня отдельных клеток в доклинической модели», – объясняет доктор. Герберт Шиллер. Он является руководителем группы молодых исследователей DZL в Институте биологии и болезней легких в Центре им.
Гельмгольца в Мюнхене и руководил исследованием вместе с проф. Фабиан Тайс, директор Института вычислительной биологии. "Это стало возможным благодаря новым методам анализа отдельных ячеек.
Таким образом, мы смогли точно определить активность гена в отдельных клетках легких и приписать ее изменениям в соответствующих генных продуктах – i.е. к белкам "Dr. Шиллер объясняет. Чтобы осмысленно сопоставить и интерпретировать все эти данные, команда использовала подходы искусственного интеллекта: «Огромный массив данных трудно анализировать людям. Вот почему мы разрабатываем алгоритмы, которые помогают нам распознавать структуру данных и скрытые в них биологические правила », – отмечает Фабиан Тайс.
Исследование показало, что с возрастом гены в клетках перестают вести себя синхронно. «В то время как в более молодых легких клетки определенного типа будут очень точно контролировать активность генов, активность генов более старых клеток легких и, следовательно, их идентичность менее постоянны», – объясняет Герберт Шиллер. Ученые работают над предположением, что клетки теряют эпигенетический контроль в процессе старения, что приводит к различной активности генов.
Более того, они продемонстрировали, что определенные метаболические пути в клетках легких изменяются с возрастом.
Но изменения происходят и вне клеток: «Структура так называемого внеклеточного матрикса – другими словами, сеть белков, окружающих клетки, – изменяется с возрастом», – объясняет Шиллер. «Это может, например, изменить состав структурных белков, известных как коллагены."Ученые теперь надеются сотрудничать со своими международными коллегами, чтобы проверить результаты своего текущего исследования на человеческом теле. «Заболевания легких являются причиной каждой шестой смерти в мире», – отмечает Герберт Шиллер. "Чтобы противостоять им, мы должны понять, как легкие меняются в течение жизни, и определить области, в которых возможно терапевтическое вмешательство."