Von der alten babylonischen Weltkarte bis hin zu astronomischen Bildern, die den Kosmos aufzeichnen, haben Karten unsere Sicht auf das Universum und unseren Platz darin grundlegend geprägt. Jetzt, nach Jahren intensiver Suche, haben Wissenschaftler einen der bisher wohl wichtigsten Atlas erstellt: eine Karte aller Zellen im menschlichen Körper.
In einer Reihe neuer Studien, die am Donnerstag in der Zeitschrift veröffentlicht wurden Wissenschaft, eine internationale Gruppe von Forschern unter der Leitung des Human Cell Atlas, einer globalen Initiative zur Kartierung jeder einzelnen menschlichen Zelle, hat mehr als eine Million einzelne Zellen in 33 Organen katalogisiert und durchsuchbare enzyklopädische Datenbanken erstellt. Wissenschaftler hoffen, diese Referenzkarte zu verwenden, um die Zellstruktur und -funktion besser zu verstehen, wie verschiedene Zellen miteinander interagieren und was zu ihrer spezifischen Position und Rolle im menschlichen Körper führt.
Wenn wir ein tieferes Verständnis dafür wollen, was eine einzelne Zelle gesund oder anfällig für Krankheiten wie Krebs, Diabetes oder COVID-19 macht – ganz zu schweigen von der Entwicklung wirksamer Impfstoffe oder Therapeutika – könnte diese Karte den Weg dorthin weisen.
„Man kann es sich wie eine Google-Karte des menschlichen Körpers vorstellen“, sagte Sarah Teichmann, Molekularbiologin an der University of Cambridge und Mitbegründerin des Human Cell Atlas, Reportern während einer Pressekonferenz diese Woche. „Es ist wirklich diese Straßenkartenansicht der einzelnen Zellen und wo sie im Gewebe sitzen, auf die wir abzielen.“
Wissenschaftler haben lange versucht, menschliche Zellen zu charakterisieren und zu klassifizieren, um ihre biologischen Funktionen aufzudecken und zu verstehen, was unter der Oberfläche passiert, wenn die Dinge drunter und drüber gehen. Aber ein vollständiges Bild des Zellrepertoires unseres Körpers zu bekommen, ist leichter gesagt als getan.
Um eine einzelne Zelle zu untersuchen, beginnen Wissenschaftler normalerweise mit einem großen Gewebestück, das aus Millionen, wenn nicht Milliarden verschiedener Zellen unterschiedlicher Art besteht. Die Suche nach genau dem Richtigen kann wie die Suche nach der Nadel im Heuhaufen der Zellen sein. Ein weiteres Problem ist die Abhängigkeit von gespendetem Gewebe, das normalerweise für die spätere Verwendung eingefroren wird, was bedeutet, dass einige Zellen absterben und daher nicht untersucht werden können. Die richtige Art von Technologie zu haben, ist eine weitere Hürde.
Glücklicherweise hat das Aufkommen neuer Technologien und frisches Gewebe, das in den letzten Jahrzehnten aus Organtransplantationen stammt, die Kartierung von Zelltypen im menschlichen Körper viel einfacher gemacht. Im Jahr 2016 starteten Teichmann und Aviv Regev, ein Bioinformatiker am Broad Institute des MIT, den Human Cell Atlas, um die Forschungsbemühungen zur Zellkatalogisierung zu konsolidieren und eine offene Ressource für Wissenschaftler weltweit zu schaffen, die menschliche Krankheiten untersuchen.
Zu den Durchbrüchen, die durch die neuen Studien des Human Cell Atlas erzielt wurden, gehört a Einzelzellatlas von 200.000 Zellen aus gefrorenem Gewebe zusammengestellt von Regev und ihrem Team am Broad Institute. Mithilfe von maschinellem Lernen verknüpften die Forscher außerdem verschiedene Zelltypen mit 8.000 genetischen Krankheiten. Darüber hinaus haben Forscher des Tabula Sapiens Consortium, das mit dem Human Cell Atlas zusammengearbeitet hat, erstellte einen genetischen Atlas Es wird untersucht, welche Gene in fast 5.000 Zellen exprimiert werden, die in Organen wie Lunge, Haut, Herz und Blut von lebenden und verstorbenen Spendern gefunden werden.
Diese Fülle an Daten hilft Wissenschaftlern nicht nur dabei, einen Zelltyp anhand seiner genetischen Signatur zu definieren, sondern hilft ihnen auch, genauer zu verstehen, wie sich häufige und seltene Krankheiten entwickeln. Dies könnte möglicherweise eine Feinabstimmung zukünftiger medikamentöser Behandlungen ermöglichen und eine Schädigung von Zellen vermeiden, die Gene teilen, aber nicht an der Krankheit beteiligt sind.
„Zum Beispiel sind Vorhofflimmern-Gene mit dem Risiko von Vorhofflimmern verbunden, das eine Herzerkrankung ist. Sie werden auch von Zellen im Skelettmuskel, der Speiseröhre und der Prostata verwendet“, sagte Regev Reportern während der Pressekonferenz. „Jetzt können wir also versuchen, Wege zu finden, um gezielter auf die Zellen abzuzielen, auf die wir eine Wirkung haben möchten, aber nicht auf andere Zellen, die diese Gene im Körper verwenden.“
In einem dritten Papier haben Teichmann und ihr britisches Forscherteam eine Karte erstellt Immunzellen beim Erwachsenen und pränatale Gewebe. Sie entdeckten einzigartige Versionen von Immunzellen wie T-Zellen, die es Wissenschaftlern ermöglichen könnten, T-Zellen so zu konstruieren, dass sie Infektionen besser bekämpfen oder Krankheiten wie Krebs erkennen können.
„Die Erkenntnisse haben Auswirkungen auf Therapien, die eine Immunantwort verstärken oder unterdrücken, um Krankheiten zu bekämpfen, und für die Entwicklung von Impfstoffen“, sagte Teichmann.
Teichmann und Regev sagten, dass dieser umfassende Zellatlas auch wichtige Einblicke in die COVID-19-Infektion liefern könnte – und möglicherweise lange COVID, eine Reihe von Langzeitsymptomen, die Menschen haben, die sich von der Viruserfahrung erholen.
Die Post Der Human Cell Atlas ist unser Fahrplan zur Bekämpfung von Krankheiten erschien zuerst auf Das tägliche Biest.
