Вчені створили “Годинник старіння” імунітету: АІ-модель показує, як старіють клітини

Із віком наша імунна система втрачає ефективність: ми стаємо більш сприйнятливими до інфекцій, знижується ефективність вакцин, а також зростає ризик розвитку імунних порушень — зокрема, аутоімунних захворювань. Щоб зрозуміти, що саме запускає ці зміни, дослідники вирішили зосередитись на головних “гравцях” імунітету — імунних клітинах.

Науковці з Німецького центру інфекційних досліджень (HZI) представили унікальну комп’ютерну модель, засновану на штучному інтелекті, яка детально демонструє, як змінюється імунна система людини з віком — аж до рівня окремих клітин.

Про це пише “Український телекомунікаційний портал”. 

Як вік впливає на імунітет?

Із віком наша імунна система втрачає ефективність: ми стаємо більш сприйнятливими до інфекцій, знижується ефективність вакцин, а також зростає ризик розвитку імунних порушень — зокрема, аутоімунних захворювань. Щоб зрозуміти, що саме запускає ці зміни, дослідники вирішили зосередитись на головних “гравцях” імунітету — імунних клітинах.

“Нам важливо з’ясувати, які саме процеси та гени задіяні в старінні імунної системи, щоб надалі впливати на них і покращувати здоров’я в літньому віці”, — пояснює професор Янг Лі, директор Центру індивідуалізованої медицини та керівник відділу обчислювальної біології HZI.

Аналіз мільйонів клітин

Команда зібрала та проаналізувала транскриптомні дані — записи активних генів — для п’яти типів імунних клітин, опрацьовуючи понад 2 мільйони клітин із крові приблизно 1000 здорових людей віком від 18 до 97 років. Дані були отримані з відкритих баз і наукових публікацій.

На основі цього масиву даних було створено модель машинного навчання — Single-Cell Immune Aging Clock або ж “Годинник старіння імунних клітин”. Цей інструмент дозволяє відстежувати вікові зміни імунної системи на рівні окремих клітин.

Ключові гени старіння

Модель виявила конкретні гени, які змінюють активність у кожному з типів імунних клітин у міру старіння. Виявилось, що багато з них пов’язані із запальними процесами — що підтверджує відомий зв’язок між хронічним запаленням та старінням організму.

“Ці гени стали своєрідними “мітками”, які ми можемо використовувати для вивчення вікових змін та ефективності потенційних терапій”, — зазначає професор Лі.

Як інфекції й вакцинація впливають на старіння імунітету?

Дослідники застосували “Годинник старіння” у двох окремих випадках — на прикладі пацієнтів із COVID-19 і тих, хто пройшов вакцинацію проти туберкульозу.

1. COVID-19 і старіння клітин

Під час аналізу даних пацієнтів з COVID-19 виявлено, що ознаки старіння були помітні лише в одному типі клітин — моноцитах, і лише в тих, хто переніс тяжкий перебіг хвороби. У людей із легкою формою ці зміни були менш вираженими. Водночас упродовж трьох тижнів після одужання імунні клітини поверталися до свого нормального стану, що свідчить про потенційне відновлення після інфекції.

2. Вакцинація проти туберкульозу — зворотне старіння?

В іншому дослідженні команда вивчала, як змінюються CD8 Т-клітини після туберкульозної вакцинації. У пацієнтів із підвищеним рівнем запалення в організмі вакцинація мала несподіваний омолоджувальний ефект на імунні клітини. Це відкриває можливості для терапевтичного використання вакцин у контексті здорового старіння.

Перспективи: контроль за старінням імунітету

“Наш інструмент — це потужна технологія для вивчення клітинного старіння в реальному часі. Ми сподіваємося, що в майбутньому його можна буде використовувати для розробки нових методів підтримки здорової імунної системи у літньому віці”, — підкреслює професор Янг Лі.

Модель може стати основою для нових підходів до діагностики, профілактики й лікування вікових порушень, включно з індивідуальним підходом до вакцинації, а також для розуміння того, як організм реагує на стреси, інфекції та терапії.