Пифагоровы штаны: Компьютер помогает биологам решать различные задачи и открывать универсальные механизмы работы тех или иных генов. Как это работает для клеток иммунной системы? - Интервью - 2019-09-24

24.09.2019

Пифагоровы штаны: Компьютер помогает биологам решать различные задачи и открывать универсальные механизмы работы тех или иных генов. Как это работает для клеток иммунной системы? - Интервью - 2019-09-24 Скачать

А. Петровская

―

Добрый день, у микрофона Александра Петровская, это программа “Пифагоровы штаны” и у меня в гостях Алексей Сергушичев, доцент факультета информационных технологий и программирования университета ИТМО, руководитель группы по биоинформатики в лаборатории “Компьютерных технологий”. Алексей приветствую вас. А. Сергушичев

―

Александра, добрый день. А. Петровская

―

Непростая задача стоит у нас с вами. Рассказать как работает иммунная система человека и для чего нам нужен компьютер, не только в компьютерные игры играть. Хотя надо сказать, что до того как мы начали с вами запись программы, вы мне рассказывали про макрофаги - такие клетки иммунной системы, мне показалось, вы компьютерную игру описываете. Что такое секвенирование всем более ли менее понятно. Хотели расшифровать геном человека, расшифровали и выяснилось, ну и что дальше. Нужно понять какие гены, когда активируются и как это определяет, влияет и коррелируя это с различными биохимическими веществами, которые в клетках содержатся. А. Сергушичев

―

Когда стало известно геном человека, в 2001 году как один из вариантов этой даты, люди задумались, что теперь делать? И в частности, во время этого проекта генома человека, развились технологии секвенирования и они стали не только технологиями секвенирования генома, но и в общем стали секвенировать все подряд. В частности, придумали метод РНК секвенирования, который позволяет определять уровни активности генов в клетках мышей, людей, в живых клетках. И интересен этот метод тем, что он позволяет определять уровни генов не отдельных, а всех целиком, которые есть в клетке. А. Петровская

―

Я правильно понимаю, что до этого вся работа в биологии шла в голове у ученого? Вначале нужно было придумать гипотезу, быть уверенным в том, что действительно есть основание такую гипотезу выдвигать, а потом проводить уже дорогостоящие измерения, опыты и прочее. Сегодня можно с помощью компьютера, скорее всего померить, а уж потом гипотезу выдвинуть? А. Сергушичев

―

Да, все так. Собственно тут как раз и вступают методы компьютерные. Потому что когда гены у человека или у мыши около 20 000 тысяч и посмотреть на них человеку и глазами и понять, что там может происходить, в общем довольно сложно становится. А. Петровская

―

Переменных слишком много. А. Сергушичев

―

Да. Собственно с тех времен стали разрабатывать алгоритмы как на такие данные смотреть, как находить те гены, которые в процессах биологических участвуют и в частности, наша лаборатория и группа биоинформатики занимаются именно такими алгоритмами. Т.е. мы пытаемся помочь биологам расшифровать их данные, рассказать им что в их данных такого есть, что им самим уже сложно понять. Есть разные уровни, во-первых, есть уровень, просто что данных много довольно и что с ними делать непонятно. С помощью компьютера мы можем этот процесс как-то автоматизировать и тем самым упростить задачу. Есть второй уровень, когда задача мы понимаем как ее можно формализовать задачу, но она является сложной и такая история она как раз закончилась статей в “Nature” где мы пытались объединить данные РНК секвенирования, которые говорят нам про активности генов и масс - спектрометрии, которые позволяют в дополнение к РНК секвенированию определять концентрацию биохимических веществ в клетке. А. Петровская

―

Чтобы было понятно, что это сложное и страшное слово, всего лишь позволяет увидеть концентрацию различных биохимических веществ, например глюкозы, я правильно понимаю? А. Сергушичев

―

Да. Глюкозы и атф например, и других веществ, которые используются в клетке. А. Петровская

―

И вот тут выясняется, что на самом деле есть некая связь при активности определенных генов есть изменения концентрации тех или иных биохимических веществ. Давайте тогда ближе к биологии. Вы решили изучать конкретные клетки иммунной системы - макрофаги. И к тому как уже заранее было известно, что есть некая взаимосвязь между активностью генов и концентрацией биохимических веществ в макрофагах. И вы попытались узнать какая взаимосвязь, какая корреляция тут есть. Выяснился интересный момент, давайте к нему. А. Сергушичев

―

Этот проект начался в тот момент когда Максим Артемов, тогда уже начинающий профессор в университете Сент-Луиса в Соединенных Штатах и в его лаборатории был хорошо поставлен этот процесс РНК секвенирования. Его друг по MIT, с которым они вместе учились в аспирантуре НРЗБ который стал работать в кампании Arrest Pharmaceutical где хорошо делали масс- спектрометрию. И они вместе условно пили пиво А. Петровская

―

Вот так начинаются статьи в “Nature” чтоб вы знали. А. Сергушичев

―

И подумали, что в общем у нас есть 2 классных метода и интересно было бы их объединить. На факультете, где Максим работал, на факультете миологии в Сент-Луисе был профессор Эд Пирс, который изучал макрофаги - это один из типов клеток иммунной системы. Про которую было известно что преобразование биохимических веществ они важны. И важны они в том смысле что макрофаги это такой тип клеток, у которых есть 3 состояния можно выделить: одно это не активированное, когда просто клетка сидит и ничего не делает и 2 активированных состояния. Одно из них активируется вначале воспаления, она называется воспалительная, например когда только поранились у вас макрофаги активируются воспалительно. А условно через 7 дней, когда все лишние бактерии убили нужно макрофагам активироваться в противовоспалительную поляризацию, активацию. Где те же самые макрофаги уже исполняют другие функции, которые способствуют заживлению раны. И в этом процессе активации макрофагов в одно или другое состояние, в общем люди уже знали, что метаболизм важен. Метаболизм это А. Петровская

―

Изменения состава биохимических веществ. И выяснилось что есть некое вещество, которое вырабатывается самой клеткой, это вещество называется итаконат. А. Сергушичев

―

Мы стали изучать, а что же итаконат делает. И в целом в биологии была некая идея, что раз итаконат сильно производиться в клетках иммунной системы, наверное он просто убивает бактерии. До этого показывали, что если добавить итаконаты к бактериям, то бактерии умирают. Но если присмотреться внимательно, то оказывается, что эти бактерии умирают, в тот момент когда мы этот итаконат добавляем очень много. И в общем там все что угодно умрет. А в концентрациях, в которых появляется в клетке уже не имеет антибактериального эффекта. А. Петровская

―

Т.е другая у него функция. А. Сергушичев

―

И собственно, в дальнейших исследованиях мы поняли, что итаконат он на самом деле играет регуляторную роль, в частности, он регулирует активацию тех же самых макрофагов. Это такой тормоз или предохранитель, того чтобы иммунная система сильно не стала активироваться. Но в этот момент становится вопрос, а как это происходит? И мы стали заниматься этим вопрос, как это происходит и стали исследовать механизм. Многие механизмы в клетках они общие между разными типами клеток и отличаются то в каких они комбинациях используются. Оказалось, что этот механизм, который мы открыли важен еще например в псориазе. Мы показали, что если добавлять итоканат в мышиные модели псориаза, т.е. когда у мышей вызывают воспаление уже с помощью дополнительных веществ, мы показали что контрольные мыши у которых это воспаление системное не происходит, с ними ничего не происходит. Те мыши воспаление у которых должно происходить, у них опухают уши, потому что им на уши вещество намазывают. А те мыши которым мазали уши веществом вызывающее воспаление и так же добавляли в итаконат, у них никакого воспаления не происходит. А. Петровская

―

Блокировал итаконат. А. Сергушичев

―

Да. Тем самым кажется что итаконат теперь может, довольно обещающе выглядеть на фармакологическом уровне, в том смысле что это вещество которое имеет некую биологическую активность, регуляторно при этом на мышах, позволяющие вылечить их от псориаза. У нас происходит дальнейшее исследование итаконата, оказывается что итаконат работает не только на макрофагах, а в общем регулирует другие клетки иммунной системы. А. Петровская

―

Блокировать возможно будет различные активации тех или иных свойств отдельных клеток иммунной системы для того чтобы вылечить различные болезни этого спектра. Спасибо большое, мне кажется это будущая Нобелевская премия. Алексей Сергушичев доцент кафедры информационных технологий и программирования университета ИТМО, руководитель группы по биоинформатики в лаборатории “Компьютерных технологий” был у нас в гостях. Алексей огромное вам спасибо А. Сергушичев

―

Спасибо.