Най-амбициозния проект в биологията може да промени човешкото здраве
Проектът Human Immunome е новаторски план за използване на изкуствен интелект. Целта е създаване на виртуална симулация на човешката имунна система в цялата й сложност. Това е планирано да се случи през следващото десетилетие.
Ако има успех, потенциалните въздействия могат да бъдат огромни. От подобряване ефективността на терапиите за рак до разкриване на тайните на различни по вид заболявания. Прогресът при някои от тях е бавен, което се дължи на липсата на разбиране за това, как работи имунната система при хора от различни възрасти, пол и етнос.
Най-сложната карта
Мащабът на това предизвикателство е експоненциално по-голям от проекта за човешкия геном. Това е международното усилие да се секвенират всичките 3 милиарда базови двойки в човешката ДНК и да се картографират всичките 20 000 човешки гена, чието завършване ще отнеме повече от десетилетие.
Данните в човешката имунна система са милиони пъти по-големи и много по-сложни. Това не включва просто лимфоцити, неутрофили и моноцити/макрофаги, които биолозите са събрали и изучавали в продължение на много десетилетия. Това са и всички взаимодействия, които имат тези клетки с патогени, токсини, диетата и начина на живот.
Всичко това оформя имунитета на индивида. Той не просто варира от човек на човек въз основа на неговата генетика и експозиции, но постоянно се променя по време на неговия живот.
Недостатъци на старостта
Една част от проекта Human Immunome, известна като Human Immunomics Initiative, се опитва да разбере как нашето място на тази карта варира с възрастта. Това прави старите хора по-уязвими към респираторни инфекции и повторно активиране на латентни патогени.
Съхранение на данни
За да проучат това, учените по целия свят използват съществуващи проби, съхранявани в биобанки и секвенират огромен брой ключови лимфоцити, известни като В и Т клетки. Всяка от тях съдържа уникален рецептор за разпознаване на части от вируси, бактерии или издайнически признаци на ракови клетки. Целта е да се създаде атлас на тези рецептори чрез въвеждане на информацията в AI модел. Така ще се предвиди как може да изглежда пълният репертоар от В и Т клетки при млади и здрави индивиди, и какво се променя с възрастта.
С напредване на възрастта нашата чувствителност към ваксините обикновено намалява. Изследователите се опитват да разберат защо се случва така, чрез обучение AI с данни, събрани по време на големи изпитания на ваксини. През 2021 г. те използваха огромен набор от информация, варираща от измервания на генната експресия до състава на имунните клетки. Така ще обучат AI модел, който е в състояние да предскаже имунните отговори на ваксината срещу хепатит В в малка група от хора на средна възраст.
Събирането на данни за разбиране на явления като това ще изисква безпрецедентно ниво на сътрудничество между изследователските лаборатории. Повечето данни, с които разполагат учените идват от развитите страни, но имунната система е свързана с вариации.
Тайната на раждането
Такова споделяне на данни вече е в ход в друг клон на проекта Human Immunome, наречен Born Strong. Той има за цел да разбере и намери нови начини за предотвратяване на усложнения при бременност като спонтанни аборти и преждевременно раждане.
Тъй като плодът съдържа смесица на генетика от бащата и майката, учените все още не разбират напълно как той може да се имплантира в майката, без да бъде незабавно отхвърлен от нейното тяло. За сравнение, ако трансплантираме орган, който е наполовина чужд, той ще бъде изхвърлен в рамките на няколко часа. На база този факт, бременността се оказва чудо, което не разбираме напълно.
Някои учени смятат, че тайната се крие в сложната мрежа от имунни процеси. Те се случват в тънкия слой от ендотелни клетки в матката, който разделя майката от бебето. Животински модели предполагат, че загубата на бременност може да бъде значително намалена чрез стабилизиране на ендотелните клетки. Born Strong си партнира с пет различни клинични изпитания провеждани по целия свят, за да изследват различни видове интервенции.
Ролята на добавките
Едно от тях се провежда в Кения. Там 3000 бременни жени са включени в изпитание. Проверява се дали протеинова добавка, наречена L-аргинин, може да намали преждевременното раждане. Подобно на това в Австралия се тества допълване на бременни жени с Омега-3 мастни киселини.
Чрез събиране на данни от всяка от тези жени, секвениране на техните В и Т клетъчни рецептори и подаване на широк набор от геномни данни до протеинови нива, изследователите се надяват да идентифицират някои от ключовите елементи на имунната система, които са необходими за успешна бременност. Това може да е отговорът за намиране на най-добрите начини за стабилизиране на имунитета и предотвратяване на усложнения.
Надежда е, че потенциално бихме могли да се ограничим до лекарства, добавки или ваксини, които ще се погрижат за голяма част от бременностите в света. Методът трябва да е евтин и достъпен.
Поради мащаба и сложността на всичко това имаме нужда от AI. Компютърът трябва да се учи от констатациите на всеки опит и да продължи да се усъвършенства. Необходимо е сътрудничество, за да бъде успешен целият проект Human Immunome.
Ако успее, констатациите могат да бъдат трансформиращи за човешкото здраве.
