Исследователи используют компьютерную модель для изучения иммунной системы человека

Новая вычислительная модель, разработанная учёными из Виргинского политехнического института и опубликованная в PLoS Computational Biology, даёт основу для лучшего понимания реакций макрофагов — клеток иммунной системы человека.

Макрофаги, как «охранники» организма, должны идентифицировать и реагировать на атаку патогена, причиняя как можно меньше вреда собственным клеткам. Чрезмерный или затяжной иммунный ответ может привести к серьёзным острым и хроническим воспалительным заболеваниям, таким как рассеянный склероз, диабет II типа и даже сепсис. Поэтому изучение того, как иммунный ответ макрофагов может изменяться или перепрограммироваться последовательными атаками патогенов (явления, известные как прайминг и толерантность), имеет жизненно важное значение.

Команда под руководством Цзяньхуа Сина, доцента биологических наук, разработала модель совместно с экспериментальным иммунологом Ливу Ли и вычислительным биологом Джоном Тайсоном. Экспериментальный анализ прайминга и толерантности к эндотоксинам в первичных макрофагах мыши выполнил аспирант Тревор Гларос.

Прайминг и толерантность

• Прайминг означает, что если макрофаги подвергаются воздействию малой дозы бактериальных эндотоксинов, они «подготавливаются» к сильному ответу на второе воздействие большой дозой.
• Толерантность означает, что если макрофаги изначально подвергаются воздействию большой дозы эндотоксинов, они временно становятся устойчивыми к последующим атакам.

Команда использовала алгоритм Метрополиса — метод компьютерного моделирования, широко применяемый в физике и химии, — для перечисления возможных молекулярных механизмов, лежащих в основе прайминга и толерантности.

Результаты модели, подтверждённые многочисленными экспериментальными наблюдениями, могут направлять будущие экспериментальные исследования по идентификации молекул, участвующих в этих процессах. Учёные убеждены, что математическое моделирование даст новые ключи к пониманию поведения макрофагов, что имеет значительные медицинские последствия.