Многие люди советуются со своими друзьями и соседями, прежде чем принять важное решение. Оказывается, что клетки также консультируются со своими соседями в организме человека.
Ученые и врачи давно знают, что иммунные клетки мигрировать в место инфекции, которую люди воспринимают как воспаление — отек, покраснение и боль. Теперь исследователи из Северо-Западного и Вашингтонского университетов обнаружили новые доказательства того, что это собрание является не просто следствием иммунной активации. Иммунные клетки считают своих соседей, прежде чем решить, должна ли иммунная система активизироваться.
Понимание того, как влиять на воспаление и активировать иммунная реакция может привести к новым методам лечения хронических аутоиммунных заболеваний или мобилизации иммунной системы для борьбы с раком.
«Это ранее непризнанный аспект иммунной функции», — сказал Джошуа Леонард из Northwestern, который был одним из руководителей исследования. «Ячейки принимают скоординированное решение. Они не активируются единообразно, а коллективно решают, сколько ячеек будет активировано, так что вместе система сможет отразить угрозу без опасного чрезмерного реагирования».
«Ключевая часть этой работы основывалась на разработке новых вычислительных моделей для интерпретации наших экспериментов и выяснения того, как клетки выполняют вычисления для принятия согласованных решений», — сказала Неда Багери из Университета Вашингтона, которая руководила работой с Леонардом.
Исследование будет опубликовано 13 февраля в журнале Связи природы,
Леонард — доцент кафедры химии и биологическая инженерия в Северо-западной школе Маккормика и член Центра синтетической биологии Северо-Запада. Багери — адъюнкт-профессор химической и биологической инженерии в McCormick, доцент кафедры химической инженерии и биологии и заслуженный исследователь Вашингтонского исследовательского фонда в Вашингтонском университете. Первым автором статьи является Джозеф Малдун, аспирант в Северо-западной междисциплинарной программе для выпускников биологических наук, совещаемой Леонардом и Багери.
Иммунная система организма постоянно работает над поддержанием тонкого баланса. Когда возникает угроза, система должна реагировать достаточно сильно, чтобы бороться с инфекцией или болезнью, но не настолько сильно, чтобы это причиняло вред.
«Когда дело доходит до иммунных реакций, это разница между жизнью и смертью», — сказал Леонард. «Если ваше тело чрезмерно реагирует на бактериальную инфекцию, то вы можете умереть от септического шока. Если ваше тело не отреагирует достаточно, вы можете умереть от безудержной инфекции. Для того, чтобы оставаться здоровым, тело должно найти баланс между этими крайностями». »
Леонард, Багери и их команды хотели лучше понять, как иммунная система принимает подобные решения.
«Это особенно интересно, потому что иммунная система децентрализована», сказал Малдун. «Иммунные клетки — это отдельные агенты, которые должны работать вместе, и природа придумала решение о том, как они могут попасть на одну страницу. Клетки достигают разных состояний активации, но таким образом, что в целом популяция ответ откалиброван. »
Чтобы исследовать это явление, исследователи исследовали макрофаги, тип иммунных клеток, которые являются частью первой линии защиты для борьбы с инфекцией и болезнями. Они наблюдали, как макрофаги реагировали на химическое вещество, вырабатываемое бактериями — красный флаг, предупреждающий организм о наличии инфекции, — используя методы, которые позволяли исследователям наблюдать реакции отдельных клеток с течением времени. Затем они использовали вычислительные модели, чтобы помочь интерпретировать и объяснить эти наблюдения.
«Со временем клетки наблюдают за окружающей обстановкой, чтобы понять своих соседей», — сказал Малдун. «Каждая клетка готова реагировать как высокий активатор или нет. Теперь, когда мы знаем, что есть этот дополнительный слой, контролирующий иммунную систему, она открывает целый путь для изучения, есть ли новые цели для иммуномодуляции».
Исследователи полагают, что эта информация может быть использована для разработки более эффективных лекарств, а также для разработки передовых методов лечения на основе клеток.
«В биологии появилось так много увлекательных и удивительных способов управления сложными процессами», — сказал Леонард. «Как синтетические биологи, мы работаем, чтобы инженер ячейки выполнять индивидуальные терапевтические функции, такие как активация иммунная система локально в месте опухоли, но не по всему пациенту. Понимание инноваций природы помогает нам придумывать новые конструкции и позволяет нам быть лучшими инженерами ».
