Meie keha varjatud valemid

Teadlased avastasid lihtsa reeglistiku, mis selgitab, miks meie koed ja organid on organiseerunud just nii, nagu nad seda on.

Uus ChristianaCare’i ja Delaware’i Ülikooli teadlaste uuring näitab, kuidas matemaatika võib aidata avada keha varjatud plaani tervena püsimiseks.

Iga päev asendab sinu keha miljardeid rakke – ja ometi püsivad koed täiuslikult organiseerituna. Kuidas see võimalik on?

Vaid viis lihtsat reeglit

ChristianaCare’i Vähiuuringute Keskuse ja Delaware’i Ülikooli teadlaste meeskond usub, et on leidnud vastuse. Ajakirjas Biology of the Cell avaldatud uuringus näitavad nad, et vaid 5 lihtsat reeglit võivad selgitada, kuidas keha säilitab kudede – näiteks soole kudede – keerulise struktuuri isegi siis, kui rakud pidevalt surevad ja asenduvad. Uurimistöö on enam kui 15 aastat kestnud matemaatikute ja vähibioloogide koostöö tulemus.

Meie organismi bioloogiline ehitusprojekt ehk koekood

„See võib olla bioloogiline versioon ehitusplaanist,“ ütles dr Bruce Boman, ChristianaCare’i Cawley Translatsioonilise Vähiuuringu Keskuse vanemteadur ja Delaware’i Ülikooli bioloogia- ja matemaatikateaduskonna õppejõud. „Nii nagu meil on geneetiline kood, mis selgitab, kuidas geenid töötavad, võib meil olla ka ‘koekood’, mis selgitab, kuidas meie keha aja jooksul nii täpselt organiseerituna püsib.“

Matemaatika ja koreograafia

Teadlased kasutasid matemaatilist modelleerimist – sisuliselt rakkude käitumise arvutisimulatsioone – et uurida, kas väike hulk reegleid võiks seletada jämesoole voodri kõrgelt organiseeritud struktuuri. Jämesool on ideaalne uurimisobjekt: seal uuenevad rakud iga paari päeva tagant, kuid kudede üldine kuju ja struktuur jääb stabiilseks.

5 põhilist inimkeha bioloogilist reeglit on siin

Pärast paljusid simulatsioone ja mudelite täiendamist tuvastas meeskond viis põhilist bioloogilist reeglit, mis näivad määravat rakkude struktuuri ja käitumise:

Rakkude jagunemise ajastus
Rakkude jagunemise järjekord
Suund, kuhu rakud jagunevad ja liiguvad
Mitu korda rakud jagunevad
Kui kaua rakk elab enne, kui sureb

Kudede ja rakkude koreograafia

„Need reeglid töötavad koos nagu koreograafia,“ ütles professor Gilberto Schleiniger Delaware’i Ülikooli matemaatikateaduskonnast. „Need määravad, kuhu rakud liiguvad, millal nad jagunevad ja kui kaua nad püsivad – ja just see hoiabki koed sellisena, nagu nad olema peavad.“

Gilberto Schleiniger, Ph.D., Delaware’i ülikooli matemaatikateaduste osakonna professor ja Bruce Boman, M.D., Ph.D., ChristianaCare’i Cawley translatsioonilise vähiuuringute keskuse vanemteadur ning Delaware’i ülikooli bioloogiateaduste ja matemaatikateaduste osakondade õppejõud. Foto ChristianaCare.

Inimese koekoodi dešifreerimine

Teadlaste arvates ei kehti need reeglid ainult soolekudede kohta, vaid ka paljude teiste kehatüüpide, näiteks naha, maksa ja aju kohta. Kui see tõele vastab, võiks see „koekood“ aidata teadlastel paremini mõista, kuidas koed paranevad vigastustest, kuidas tekivad arenguhäired ja kuidas haigused, nagu vähk, arenevad siis, kui see kood saab rikutud.

Boman selgitas: „Sinu koed ei kasva ega kahane juhuslikult. Nad teavad, millised nad peavad välja nägema, ja teavad, kuidas sellesse seisundisse tagasi jõuda ka pärast vigastust. Selline täpsus eeldab juhiste kogumit. Meie arvates oleme leidnud väga tugeva kandidaadi nende juhiste jaoks.“

Inimese rakkude atlas

Sellel tööl on ka oluline seos Human Cell Atlas‘ga – ülemaailmse teadusliku koostööprojektiga, mille eesmärk on kaardistada kõik inimkeha rakutüübid. Kui Atlas püüab kirjeldada, milline iga rakk on ja mida ta teatud ajahetkel teeb, siis uus uurimus pakub dünaamilist raamistikku, mis aitab mõista, kuidas need rakud aja jooksul organiseerituks jäävad. Lihtsate, rakkude käitumise ja kudede struktuuri kohta käivate universaalsete reeglite tuvastamine võib aidata edasi ka nende käitumist ennustada – nii tervise kui haiguse suunal.

Miks koekood tervise jaoks tähtis on?

Üks põhjus, miks meeskond kasutas traditsiooniliste bioloogiaeksperimentide asemel matemaatilisi mudeleid, seisneb selles, et on äärmiselt keeruline jälgida iga üksiku raku käitumist reaalajas. Kuid arvutimudelite abil saavad teadlased läbi viia simulatsioone, mis paljastavad mustreid ja dünaamikaid, mis muidu jääksid varjatuks.

Koostöö bioloogide ja matemaatikute vahel peegeldab laiemat muutust, kuidas teadlased lähenevad keerukatele probleemidele. See lähenemine on kooskõlas ka riiklike prioriteetidega – USA Riikliku Teadusfondi „Elureeglite“ (Rules of Life) algatus kutsub teadlasi üles avastama elusüsteeme juhtivaid põhiprintsiipe. Uuring on suur samm selles suunas.

Ja see on alles saladuste paljastamise algus

Meeskonna järgmised sammud hõlmavad mudeli ennustuste eksperimentaalset testimist, selle täiendamist lisandandmetega ja selle tähtsuse uurimist vähi bioloogia kontekstis – eriti selles osas, kuidas koekoodi häired võivad viia kasvajate tekkeni või metastaasideni.

„See on alles algus,“ ütles Schleiniger. „Kui oled reeglid kord tuvastanud, saad hakata esitama täiesti uusi küsimusi – ja võib-olla isegi õppida, kuidas parandada seda, mis on läinud valesti.“

Reklaam Stiilsed kanepist jalanõud, seljakotid, arvutitaskud, sokid ja mütsid naistele ja meestele leiad siit!