Носитель или больной?
Когда встречаются иммунная клетка и бактерия, может быть несколько исходов: иммунная система убивает бактерию, бактерия преодолевает иммунную защиту или, в случае таких заболеваний, как туберкулез, бактерия может годами бездействовать, вызывая заболевание гораздо позже, а иногда оставаясь в спящем режиме навсегда.
Когда макрофаги (синие) встречаются с бактериями (красные), первые 1-2 дня имеют решающее значение для конечного результата. Источник: Weizmann Institute of Science.
Исследователи из Института Вейцмана предположили, что судьба взаимодействия бактерии с иммунной системой решается довольно рано – в течение 24-48 часов после инфицирования. Гипотеза была проверена на взятых у здоровых добровольцев образцах крови, в которые в лабораторных условиях ввели сальмонеллу, зарегистрировав иммунный ответ. Исследователи использовали метод РНК-секвенирования, чтобы определить активность генов в тысячах отдельных иммунных клеток. Они смогли увидеть реакцию каждой клетки крови после встречи с сальмонеллами и определить профили активации каждой из них. Это позволило выявить закономерности, которые невозможно получить в стандартных лабораторных тестах.
Сравнение с существующими методами геномного анализа показало, что стандартные методы не выявляли различий между группами, в то время как алгоритм, разработанный группой, выявил разницу, которая определила способность уничтожать бактерии.
Однако РНК-секвенирование отдельных клеток доступно только специализированным лабораториям. Группа задалась вопросом, есть ли способ связать результаты с анализами крови в реальном времени у реальных пациентов. Для этого они обратились к базам данных иммунных ответов на сальмонеллу и разработали алгоритм, который позволил извлекать аналогичную информацию из доступных баз данных. Алгоритм использует информацию, получаемую при стандартном анализе крови, и экстраполирует ее на свойства отдельных клеток крови. Он не только помогает определить реакцию иммунных клеток, участвующих ответе, но и выявить уровень их активности и, следовательно, потенциальную силу иммунного ответа.
Чтобы проверить, можно ли использовать тот же алгоритм для диагностики туберкулеза, возбудитель которого может находиться в спящем режиме в организме человека годами, исследователи обратились к другой базе данных, которая отслеживала больных туберкулезом и носителей в течение двух лет. Они применили алгоритм к результатам анализа крови в обеих группах, а также в подгруппе пациентов, перешедших от носительства к заболеванию.
Исследователи обнаружили, что уровни активности моноцитов можно использовать для прогнозирования начала или течения заболевания. Несмотря на то, что алгоритм был создан на реакции иммунных клеток с сальмонеллами, которые вызывают совсем другой тип заболевания, исследователям удалось заранее предсказать, у кого из носителей разовьется активная форма туберкулеза.
При появлении симптомов туберкулеза пациенты должны принимать три разных антибиотика в течение девяти месяцев, и устойчивость к ним стала распространяться. Если пациенты, находящиеся в зоне риска активной формы заболевания, будут заранее идентифицированы, когда бактериальная нагрузка в разы меньше, их шансы на выздоровление будут гораздо выше. А государственные медицинские системы в странах, где туберкулез является эндемическим заболеванием, могли бы снизить уровень заболеваемости при одновременном снижении стоимости лечения.
Исследователи намерены продолжить работу в этом направлении и расширить свою собственную базу данных по возбудителю туберкулеза и другим микроорганизмам, чтобы усовершенствовать алгоритм и разработать инструменты, которые могут быть использованы для прогноза заболеваемости.
Статья N. B. Ben-Moshe et al. Predicting bacterial infection outcomes using single cell RNA-sequencing analysis of human immune cells опубликована в журнале Nature Communications.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Weizmann Wobder Wander: First Impressions Go a Long Way in the Immune System.