Быстрая оценка угроз может снизить опасность химического и биологического оружия

Исследователи изучают, как именно аспирин влияет на организм человека, уже более пятидесяти лет. Несмотря на тысячи публикаций, понимание этого процесса всё ещё неполное.

В то же время, новые химические и биологические боевые агенты исторически могли быть запущены в массовое производство в течение года после открытия. Используя современные методы, учёным потребовались бы десятилетия, чтобы всесторонне изучить механизм воздействия новых угроз на биологические системы человека.

Этот разрыв в возможностях оставляет силы США уязвимыми. Поэтому новая пятилетняя программа DARPA Rapid Threat Assessment (RTA) ставит перед исследователями амбициозную цель: разработать методы и технологии, которые смогут в течение 30 дней после воздействия определить полный молекулярный механизм, с помощью которого агент угрозы изменяет биохимические процессы в человеческих клетках.

Разрабатываемые технологии должны идентифицировать клеточные компоненты и механистические события, происходящие в широком диапазоне времени: от миллисекунд сразу после воздействия до дней, в течение которых могут происходить изменения в экспрессии генов и белков. Молекулярный механизм также должен учитывать транслокации и взаимодействия молекул, пересекающие клеточную мембрану, цитоплазму и ядро.

"Понимание молекулярного механизма данного агента угрозы предоставит исследователям основу для разработки медицинских средств защиты и снижения угроз", — заявил менеджер программы DARPA Барри Паллотта.

Человеческая клетка может содержать до 30 000 различных молекул, функционирующих вместе в сложных динамических сетях. Механизм воздействия агента угрозы может вовлекать сотни молекул и взаимодействий. Технологии, которые ищет RTA, должны идентифицировать молекулярные мишени агентов и сложные взаимодействия, которые за этим следуют.

"Введение агента угрозы в клетку запускает цепь взаимодействий, распространяющихся по клетке, подобно узору кругов на воде от брошенного камня", — пояснил Паллотта.

Для навигации в этой сложности исполнителям программы предстоит обнаружить последовательность событий в молекулярном механизме с интервалами от первоначального введения агента до периода в несколько дней воздействия. Это можно сделать, "замораживая" клетки в различные моменты времени, чтобы зафиксировать взаимодействия по мере их развития.

Успешные технологии RTA, помимо создания основы для средств защиты от химического и биологического оружия, также будут применимы для разработки лекарств и лечения заболеваний. В обоих случаях детальное знание молекулярного механизма является одним из ключевых факторов для одобрения новых препаратов.

DARPA надеется объединить технологии, разработанные в рамках программы RTA, с программой Microphysiological Systems, которая создаёт технологию "human-on-a-chip". Вводя агенты угрозы или предлагаемые средства защиты в эту систему, исследователи смогут наблюдать, какие типы человеческих клеток поражены, и использовать технологии RTA для выявления конкретных молекулярных механизмов в этих клетках.