הנתונים הסודיים של מערכת החיסון

תאים מסוגים שונים, בפרט תאי מערכת החיסון, מתקשרים באמצעות הפרשה וקליטה של ציטוקינים – חלבונים שמשפיעים על תפקודם ופעילותם של תאים בסביבתם. התקשורת הבין-תאית הכרחית לתפקוד התקין של הרקמות בגופנו, וליקוי בהפרשה או קליטה של ציטוקינים עלול להוביל למצבי מחלה, בהם מחלות לב, סוכרת וסרטן. שפע של מידע על אודות תאים שמפרישים ציטוקינים או מגיבים להם הצטבר בעשרות השנים האחרונות, אך הוא מתפרש על פני מיליוני מאמרים, שכל אחד מהם מתמקד בדרך כלל בתא מסוים או בציטוקינים מסוימים.

במצב זה קשה לעקוב אחר התמונה הגדולה של ההשפעות הדדיות בין תאים לציטוקינים. למשל יהיה קשה מאוד למצוא פירוט של כל הציטוקינים שתא מסוים מפריש באמצעות חיפוש ישיר במאמרים. במאמר שהתפרסם בכתב העת Nature biotechnology קסניה קוולר ( Kveler) וחוקרים נוספים מקבוצתו של פרופסור שי שן-אור (Shen-Orr) מהטכניון עשו סדר בים הנתונים העצום,, והרכיבו רשת ענקית של תאים והציטוקינים שהם מפרישים.

החוקרים סקרו קרוב ל-16 מיליון תקצירי מאמרים שפורסמו ב-PubMed, בסיס נתונים המאגד מאמרים מדעיים בתחומי הביולוגיה והרפואה. הם פיתחו שיטה לכריית נתונים מטקסט באמצעות זיהוי שמות של תאים, ציטוקינים ומחלות. כל ציטוקין שתא קולט יכול להשפיע עליו בצורה חיובית או שלילית. לדוגמה: ציטוקין יכול לגרום לתא להיות פעיל יותר או לחילופין לעצור את פעילותו. לכן השיטה שפיתחו החוקרים מזהה גם מילות קישור כדי להתאים לכל ציטוקין את סימן ההשפעה שלו על התא.

רבבות קשרים בין תאים, ציטוקינים ומחלות הסתתרו בתוך מיליוני מאמרים מדעיים. מפת הקשרים שבנו החוקרים | מקור: הטכניון
 

אינטראקציות חדשות למדע

מתוך אוסף התאים והציטוקינים שהתקבלו, החוקרים יצרו רשת שבה כל צומת הוא סוג אחד של תאי מערכת החיסון וכל קשר בין הצמתים הוא ציטוקין. בנוסף לכל אינטראקציה בין שני תאים החוקרים חשפו את מגוון המחלות שהוזכרו בהקשרם, כלומר שעשוי להיות קשר בין תפקוד לקוי בהפרשת אותו ציטוקין ומחלות אלו. סך הכול מצאו החוקרים מעל ל-4,000 אינטראקציות בין תאים, 1,300 סוגי תאים שונים, 170 ציטוקינים ואזכור של יותר מ-10,000 מחלות.

בבדיקה אנושית של 590 מאמרים שנבחרו באקראי, החוקרים בדקו עד כמה מדויקת רשת הציטוקינים שהם חילצו מהנתונים. מן הבדיקה עלה ש-75 אחוז מכלל המידע שמכילה הרשת התגלה כנכון. זוגות התאים והציטוקינים התגלו כנכונים ב-93 אחוז מהצמדים שנבדקו. בנוסף, החוקרים בדקו את הדיוק של השיטה והיקף הנתונים שהיא מכסה באמצעות השוואה לספר מדעי בסיסי בתחום המסכם את הנתונים על ציטוקינים. רשת הציטוקינים שבנו החוקרים מכסה כ-80 אחוז מן המידע בספר ומדויקת בכ-90 אחוז מן המקרים.

מעבר לבניית רשת על בסיס נתונים קיימים, החוקרים נעזרו במספר דרכים כדי לנבא אינטראקציות שלא היו ידועות עד כה. הם השתמשו בשיטה של ניתוח אשכולות (clustering) כדי לאגד יחד קבוצות של תאים וציטוקינים שמתקשרים זה עם זה והשוו בין רשת הציטוקינים לנתונים כמו רמת ביטוי של גנים וריכוזי חלבונים הקשורים לאותם ציטוקינים, כדי למצוא חלקים חסרים ברשת שככל הנראה מתקיימים במציאות אבל מעולם לא נמדדו. שיטות ניבוי אלה הולידו כ-1,000 אינטראקציות, כשל-40 אחוז מהן לא נמצא אזכור בספרות המדעית. החוקרים איששו בניסויים מקצת מהאינטראקציות שהם חזו.

קשרים לא צפויים בין מחלות, למשל בין הפרעות מטבוליות למחלות לב. שן-אור וקוולר | צילום: שיצו צלמים, הטכניון
 

לבסוף, החוקרים סיווגו את מגוון המחלות שנמצאו קשורות לרשת הציטוקינים לכמה קבוצות בעזרת ניתוח אשכולות. הם גילו קשרים מעניינים בין מחלות שונות הקשורות לאותם ציטוקינים ותאים. כך למשל התגלה קשר בין מחלות לב והפרעות מטבוליות. קשרים אלו בין מחלות מצביעים על כך שאולי ניתן יהיה להשתמש בשיטות טיפול דומות במחלות הללו. ידע זה, עשוי להוביל לטיפול יעיל יותרואולי אף לסייע במניעת מחלות.

בעתיד מקווים החוקרים לבדוק את הקשרים בין תאים וציטוקינים אצל אנשים ספציפיים, ואיך הם משפיעים על מצבם הבריאותי. "מערכת החיסון משתנה מאדם לאדם ואפילו באותו אדם על ציר הזמן" אמר פרופסור שן-אור. "לכן, אם רק נדע לנטר את המערכת הזאת, כפי שאנחנו מנטרים כיום לדוגמה את פעילות הלב, נוכל לבצע התערבות רפואית אישית, מדויקת ומבוססת-מידע".