Группа исследователей из Онкологического центра и Исследовательского института им. Хелен Ф. Грэм при клинике ChristianaCare и Университета Делавэра считает, что нашла ответ на важный вопрос биологии: как тело обновляет клетки органов, оставляя их структуру неизменной. В новом исследовании, опубликованном в научном журнале Biology of the Cell, они показывают, что всего пять основных правил могут объяснить, как организм сохраняет сложную структуру тканей, например толстой кишки, даже если её клетки постоянно умирают и заменяются.
Это исследование — результат более чем 15-летнего сотрудничества математиков и биологов, изучающих рак, направленного на раскрытие правил, управляющих структурой тканей и поведением клеток.
«Это можно назвать биологической версией чертежа, — сказал Брюс Боман, доктор медицины, PhD, старший научный сотрудник Центра трансляционных исследований рака ChristianaCare и преподаватель факультетов биологических и математических наук Университета Делавэра. — У нас уже есть генетический код, объясняющий работу наших генов, и теперь мы нашли „тканевый код“, объясняющий, как наши тела с течением времени остаются неизменно организованными».
Исследователи провели компьютерную симуляцию поведения клеток, чтобы выяснить, может ли небольшое количество правил объяснить высокоорганизованную структуру выстилки толстой кишки. Это идеальный орган для исследования: клетки в толстой кишке обновляются каждые несколько дней, но общая форма и структура остаётся удивительно стабильной.
Проведя множество симуляций и усовершенствовав свои модели, команда определила пять основных биологических правил, которые, по-видимому, управляют структурой и поведением клеток:
Сроки деления клеток.
Порядок, в котором делятся клетки.
Направление деления и движения клеток.
Сколько раз клетки делятся.
Как долго живёт клетка, прежде чем умрёт.
Исследователи считают, что эти правила могут действовать не только в толстой кишке, но и во многих других тканях организма — коже, печени, мозге и не только. Если это действительно так, то такой «тканевый код» может помочь учёным лучше понять, как ткани заживают после травм, как возникают врождённые дефекты и как развиваются такие заболевания, как рак, когда этот код нарушается.
Боман объясняет это следующим образом: «Ваши ткани не просто растут и сокращаются случайным образом. Они „знают“, как они должны выглядеть, и знают, как вернуться в это состояние даже после повреждения. Для такого уровня точности необходим набор инструкций. Наше открытие выглядит подходящим кандидатом на роль этих инструкций».
Одна из причин, по которой команда обратилась к математическим моделям, а не к традиционным биологическим экспериментам, заключается в том, что наблюдать за поведением каждой отдельной клетки в ткани в режиме реального времени крайне сложно. Но с помощью компьютерных моделей исследователи могут проводить симуляции, которые выявляют скрытые от глаз закономерности и динамику.
