ИИ помог разгадать 25-летнюю загадку болезни Крона

Пищеварительная система человека для поддержания здоровья кишечника полагается на два основных вида макрофагов, особых белых кровяных телец. Одна группа, воспалительные макрофаги, атакует вредные микробы, а другая, невоспалительные макрофаги, восстанавливает ткани и способствует заживлению. При болезни Крона (хронической форме воспалительного заболевания кишечника, или ВЗК) этот баланс нарушается. Когда преобладает воспалительный тип, результатом становится постоянное воспаление, которое повреждает стенки кишечника и вызывает боль ^[1] и другие симптомы.

Учёные из Медицинской школы Калифорнийского университета в Сан-Диего создали новый метод ^[2], который сочетает искусственный интеллект ^[3] (ИИ) с передовыми инструментами молекулярной биологии, чтобы выяснить, что определяет, станет ли макрофаг воспалительным или восстановительным.

Их исследования также проливают свет на загадку, которая десятилетиями озадачивала учёных: как ген, известный как NOD2, влияет на этот процесс. Открытый в 2001 году, NOD2 был первым геном, связанным с повышенным риском развития болезни Крона.

Используя передовые методы машинного обучения ^[4], команда исследовала тысячи профилей экспрессии генов макрофагов, взятых как из здоровой ткани толстой кишки, так и из ткани, поражённой ВЗК. Этот анализ выявил генетическую сигнатуру, состоящую из 53 генов, которая последовательно различала агрессивные воспалительные макрофаги и макрофаги, ответственные за восстановление тканей.

Среди этих 53 генов один кодирует белок под названием гирдин. Исследователи обнаружили, что в невоспалительных макрофагах определённая часть белка NOD2 присоединяется к гирдину. Это взаимодействие помогает контролировать воспаление, удалять вредные бактерии и способствует заживлению тканей. Однако наиболее распространённая мутация гена NOD2, связанная с болезнью Крона, удаляет участок, к которому обычно присоединяется гирдин. Без этого соединения система теряет равновесие и склоняется к хроническому воспалению.

«NOD2 функционирует как система наблюдения за инфекциями в организме», — сказал старший автор статьи, доктор медицины Прадипта Гош, профессор клеточной и молекулярной медицины в Медицинской школе Калифорнийского университета в Сан-Диего. «Когда он связывается с гирдином, он обнаруживает проникшие патогены и поддерживает иммунный баланс кишечника, быстро нейтрализуя их. Без этого партнёрства система наблюдения NOD2 разрушается».

Чтобы подтвердить свои выводы, учёные сравнили мышиные модели болезни Крона, у которых отсутствовал белок гирдин, с теми, у которых он всё ещё присутствовал. У мышей, у которых отсутствовал гирдин, развилось тяжёлое воспаление кишечника и изменился микробиом, и многие из них умерли от сепсиса — опасного состояния, вызванного неконтролируемой иммунной реакцией ^[5], которая вызывает воспаление всего организма и повреждает жизненно важные органы.