Расшифровка языка иммунных ответов

Лихорадка, кашель, боль в горле — симптомы, находящиеся в центре внимания в эпоху COVID-19, — это лишь некоторые явные признаки того, что иммунная система организма активизируется против нежелательного вторжения. Иммунные ответы, запускаемые инфекцией, аллергеном или вакциной, управляются сложным набором клеточных процессов, которые могут разворачиваться в течение нескольких дней или даже недель.

Хотя общие принципы иммунных реакций известны, из-за огромного числа переменных точно определить, на чем сосредоточиться для разработки методов лечения или вакцин, крайне сложно. Ситуацию может изменить новое исследование ученых из Университета Макгилла и Национального института рака (NCI) США, недавно опубликованное в Science. Оно сосредоточено на фундаментальном процессе в иммунной системе: роли белков-цитокинов в передаче сигналов и запуске ответов организма.

Решающая роль посредников

Нашу иммунную систему часто сравнивают с битвой. Критически важные белые кровяные клетки (Т-лимфоциты) перемещаются по кровотоку и лимфатической системе в ткани, выискивая следы микроорганизмов и других захватчиков — антигенов. Чтобы избежать атаки на здоровые клетки, Т-клетки циркулируют, пока не распознают конкретный антиген; только тогда они посылают сигналы в виде цитокинов, чтобы активировать систему тревоги.

«Можно подумать, что в иммунном ответе есть много очень разных важных параметров — например, может варьироваться количество произведенных для борьбы Т-клеток или количество самих захватчиков (антигенов), — объясняет Пол Франсуа, биофизик из Макгилла, руководивший группой анализа данных. — Но большой сюрприз в том, что на самом деле ключевое значение имеет сила антигена».

Анализ данных помогает выявить главное

До сих пор было трудно измерить силу антигена — то, насколько эффективно он заставляет Т-клетки реагировать, — независимо от его количества в эксперименте.

Благодаря подходу, основанному на данных, и сотрудничеству с NCI, Франсуа и его коллеги смогли расшифровать высоковариабельное явление выработки цитокинов, чтобы получить надежный показатель силы антигена. Это потенциально очень полезно для прогнозирования эффективности кандидатов в вакцины или препаратов иммунотерапии.

Чтобы детально изучить это явление, исследователи из NCI под руководством Грегуара Альтан-Бонне разработали роботизированную платформу для одновременного проведения десятков экспериментов, подвергая Т-клетки воздействию различных антигенов и условий. Соорадж Ачар, аспирант лаборатории Альтан-Бонне, оптимизировал автоматизированную систему для сбора огромных объемов данных за доли времени, необходимого для ручного проведения таких экспериментов.

«Создание всеобъемлющей карты динамики цитокинов, вырабатываемых Т-клетками в самых разных условиях, представляет собой проблему и возможность лучше понять, как Т-клетки "видят" антигенный мир и организуют иммунные ответы», — отметил Альтан-Бонне.

Затем команда из Макгилла использовала машинное обучение для обработки данных, полученных в этих экспериментах, и математические модели для выявления значимых закономерностей. Это моделирование, основанное на данных, выявило удивительно простые правила в основе того, что в противном случае могло бы показаться высокосложным процессом, зависящим от множества переменных.

Спектр иммунных реакций?

Анализ также показал, что паттерны высвобождения цитокинов несут информацию о типе встреченного антигена и позволяют выделить шесть различных клеточных ответов вместо трех обычно признаваемых типов.

«Это подтверждает идею, что иммунные ответы существуют в виде спектра, а не бинарного переключателя "вкл/выкл", — добавляет Франсуа. — Могут быть разные уровни иммунного ответа, которые можно настроить на нужный уровень тревоги в зависимости от сложности ситуации».

Это новое понимание, вероятно, улучшит стратегии иммунотерапии, основанные на Т-клетках, модифицированных для атаки на опухоли пациента.