Учени създадоха „часовник“, за да открият колко бързо остарява имунната система

Екипът HZI разработи компютърен модел, базиран на изкуствен интелект, който за първи път разкрива процеса на стареене на клетъчно ниво.

Как остарява имунната система

С напредване на възрастта нашата имунна система също претърпява стареене. Ставаме по-уязвими към инфекции, ефективността на ваксинациите намалява и рискът от развитие на имунни нарушения, като автоимунни заболявания, се увеличава.

„За да разберем по-добре как и къде имунната система се променя с възрастта, както и кои фактори задействат или ускоряват процесите на стареене, трябва да се съсредоточим върху ключовите играчи в нашата имунна система – имунните клетки“ — обяснява професор Янг Ли, ръководител на отдела по компютърна биология за персонализирана медицина и директор на CiiM.

Как стареенето засяга различните видове имунни клетки?

За да отговори на този въпрос, изследователският екип анализира хиляди набори от транскриптомни данни — записи на всички активни гени в клетката в даден момент от време — за пет различни типа имунни клетки. Тези данни са получени от открити източници и научна литература.

Общо екипът е изследвал данни от повече от два милиона индивидуални имунни клетки, събрани от кръвни проби от приблизително 1000 здрави хора на възраст от 18 до 97 години. Използвайки този голям набор от данни, изследователите са разработили модел на машинно обучение за проследяване на процесите на клетъчно стареене. Резултатът е бил изчислителна програма, която наричат „Часовник за едноклетъчно имунно стареене“, която им позволява да картографират промените в имунните клетки с течение на времето.

Откриване на маркери за стареене

„Успяхме да идентифицираме специфични гени за всеки тип имунна клетка, които участват във важни имунологични процеси и променят своята активност по време на стареене. „Тези гени служат като маркери за съответните типове имунни клетки и еталон за по-нататъшно приложение на модела“ — обяснява Йънг Лий.

„Между другото, гените, които идентифицирахме, играят решаваща роля в развитието на възпалителните процеси. Известно е, че процесите на стареене са тясно свързани с възпалението и нашите проучвания потвърдиха това още веднъж.„

Случай 1: COVID-19 и застаряващата имунна система

Изследователският екип използва часовника за стареене в две рандомизирани проучвания с данни за пациенти. Те са искали да научат как инфекцията от COVID-19 или ваксинацията срещу туберкулоза засяга процесите на стареене в различните видове имунни клетки.

При пациенти с COVID-19, признаци на стареене са открити само в един вид имунни клетки — така наречените моноцити. Въпреки това, при хората, които са имали лека форма на заболяването, стареенето е по-слабо изразено.

„Нашите резултати показват, че тежките инфекции могат да ускорят стареенето на имунните клетки“ — казва Янг Ли. „Но – и това е добрата новина – тези промени изглеждат обратими: около три седмици след като пациентите с COVID-19 се възстановят, техните моноцити започват да се връщат в първоначалното си състояние.“

Случай 2: Ваксинация срещу туберкулоза и подмладяване на имунната система

Във второто проучване учените са използвали „Часовника за стареене“, за да анализират възрастта на различните видове имунни клетки при хора, които са получили ваксина срещу туберкулоза.

Появи се интересен модел: ваксинацията има различни ефекти върху един тип имунни клетки – CD8 Т клетки – в зависимост от нивото на възпаление в тялото. При хора с високи нива на възпаление ваксинацията има подмладяващ ефект върху имунните клетки.

Откриване на нов инструмент за борба със стареенето

„Часовникът за стареене на имунните клетки“ разкрива вълнуващи възможности за изучаване на процесите на клетъчно стареене в различните видове имунни клетки“ —- казва Янг Ли.

„Това е мощен инструмент, който в бъдеще може да помогне да се разкрие динамиката на имунното стареене, да се разбере по-добре въздействието на инфекциите и ваксинациите и да се разработят нови терапевтични подходи и превантивни мерки, които ще насърчат остаряването в добро здраве.“