İnsan vücudu için bir referans kitabı

Uluslararası iş birliği sayesinde mümkün olan devasa bir proje. Amaç, insan vücudu için bir referans eser olan insan hücre atlası oluşturmak. Bu, pandemi sırasında bile faydalı olduğunu kanıtladı.

İnsan vücudu hangi maddelerden oluşur? Hangi hücre tipleri vardır ve bunların kesin yapıları nedir? Hastalıklı hücreler nasıl değişir? "İnsan Hücre Atlası" adlı uluslararası araştırma konsorsiyumunun yanıtlamayı amaçladığı önemli sorular bunlar. Dünyanın dört bir yanından araştırmacılar verilerini bu projeye aktarıyor.

"Elbette bu temel araştırmaları da kapsıyor," diyor Sarah Teichmann. Cambridge Üniversitesi Klinik Fakültesi'nde profesör. İsrailli-Amerikalı biyoenformatikçi Aviv Regev ile birlikte bu büyük projeyi 2016 yılında başlattı. Teichmann, "Kendimiz hakkında bir şeyler öğrenmek ve vücudumuzu daha iyi anlamak istiyoruz," diye açıklıyor. "Ama aynı zamanda, her türlü biyomedikal soruya sayısız uygulama alanı var."

Örneğin, 2020 pandemisi sırasında "İnsan Hücre Atlası" tarafından toplanan bilgiler pratikte kullanıldı. Koronavirüs yayıldıkça, hücre verileri virüsün vücuda nereden girebileceğini hızla ortaya çıkardı. Sarah Teichmann, "Virüsün örneğin ağız veya göz mukozalarından vücuda girdiği bilgisi, 2020 baharında koruyucu önlemlerden sorumlu komiteler ve kurumlar tarafından zaten ele alınmıştı," diye açıklıyor. "Ve bu, örneğin maske veya koruyucu gözlük kullanımı açısından hemen önem kazandı."

İnsan hücreleri hakkında toplanan veriler, birçok başka tıbbi soru için de referans olarak kullanılabilir: "Bir doku, örneğin kanser veya Alzheimer gibi nörodejeneratif hastalıklar nedeniyle değişirse, hücre atlasını karşılaştırma yapmak ve sağlıklı ve hasta hücreler arasındaki ilgili farklılıkların nerede olduğunu görmek için kullanabiliriz," diyor Teichmann. Bu tür bilgiler, örneğin uygun ilaçları bulmak için kullanılabilir.

Proje, 2016 yılında yaklaşık 100 araştırmacının katıldığı küçük bir konferansta başlatıldı. Şu anda araştırma konsorsiyumu, 100'den fazla ülkeden yaklaşık 4.000 kişiden oluşuyor ve her kıtadan araştırmacılar yer alıyor. Sarah Teichmann, aksi takdirde böyle bir projenin mümkün olmayacağını açıklıyor: "Görev, tek tek laboratuvarlar veya enstitüler için çok büyük olurdu." Böylece herkes kendi alanındaki bulguları paylaşıyor.

Mannheim Üniversitesi Tıp Merkezi'nden Lucas Schirmer de projeye dahil. Heidelberg Üniversitesi'nde translasyonel nörobiyoloji profesörü olan Schirmer, ekibiyle birlikte beynin ve kasların çeşitli bölgelerindeki farklı hücre tiplerinin nasıl bulunduğunu araştırıyor. Nörolog, "Topladığımız veriler sistematik olarak 'İnsan Hücre Atlası'na dahil edildi," diye açıklıyor. Örneğin, iltihaplı ve sağlıklı sinir ve kas hücreleri arasındaki farkı araştırıyor. "Oluşturulmasına yardımcı olduğumuz beynin 'İnsan Hücre Atlası', sağlıklı hücreler için bir ölçüt görevi görüyor."

Böyle bir atlasın mümkün olması bile yeni teknolojiler sayesinde mümkün: Son 15 yılda, tek tek hücrelerin genetik analizi mümkün hale geldi. Ve sadece hangi genlerin aktif olduğunu değil, aynı zamanda üç boyutlu bir dokuda hangi genlerin aktif olduğunu da bulmak mümkün.

Biyoenformatikçi Oliver Stegle, hücrelerden toplanan muazzam miktardaki verinin değerli olduğunu, ancak aynı zamanda bir zorluk teşkil ettiğini söylüyor. Stegle, Avrupa Moleküler Biyoloji Laboratuvarı'ndaki Yapay Zeka Merkezi'nin vekaleten başkanı ve Heidelberg'deki Alman Kanser Araştırma Merkezi'nde bölüm başkanı olarak görev yapıyor ve "İnsan Hücre Atlası" üzerinde çalışıyor. "Küresel bilim camiasından gelen verileri bir araya getirmek için stratejiler geliştiriyoruz." Veriler prensipte karşılaştırılabilir olsa da (tüm gruplar ardışık insan hücreleri), "ayrıntılar önemli ölçüde farklılık gösteriyor."

Dahası, teknoloji sürekli ve kökten değişti. "Bugün bir yıl öncesine göre tamamen farklı veriler üretiyoruz." Oliver Stegle ve araştırma grubu, diğer şeylerin yanı sıra, hücre tipleri arasındaki farklılıkların nasıl tanımlanacağını araştırıyor: İki hücre ne zaman aynı gruba ait oluyor ve biyolojik olarak önemli farklılıklar ne zaman ortaya çıkıyor?

Başından beri, böyle bir insan hücre atlasının nasıl yapılandırılması gerektiği konusundaki tartışmalara katıldı. Böyle bir hücre atlasında toplanabilecek veriler, tanımı gereği eksiktir. "Her hücreyi en ince ayrıntısına kadar analiz edemeyiz. Sürekli kararlar almak zorundayız: Örneğin, çok yüksek ayrıntı düzeyine sahip bir hücre tipinden 1.000 hücreden mi yoksa daha düşük ayrıntı düzeyine sahip on milyon hücreden mi veri ölçmeyi tercih ederiz?" Verilerden gerçek bir değer elde etmek için deneylerin nasıl tasarlanacağını sürekli olarak düşünmek gerekir.

Dahası, yapay zeka gibi yöntemlerle verilerin işlenme biçimi hızla değişiyor. Atlas şekillenmeye başladıkça, veri analistleri için daha da ilgi çekici hale geliyor. Mannheim Üniversitesi Tıp Merkezi'nden Lucas Schirmer, sağlıklı ve hastalıklı sinir ve kas hücreleri üzerine yaptığı araştırmalarda "İnsan Hücresi Atlası"nı kullanıyor. Halihazırda toplanan verilere çevrimiçi olarak erişebiliyor: "Böylesine büyük ve toplu bir koleksiyonun en büyük avantajı şu: Sadece kendi verilerinizle çalışmakla kalmıyor, aynı zamanda verilerini katkıda bulunan farklı gruplardan veri kümelerini de entegre edebiliyorsunuz." Bu, yapay zeka kullanılarak daha iyi istatistiksel değerlendirmeler ve daha iyi analizler yapılmasını sağlıyor.

Mannheim'lı nörolog, hücre atlaslarının gelecekte belirli hastalıkları ve bunların ilerlemesini gösteren yeni biyobelirteçlerin belirlenmesine yardımcı olacağını umuyor. Bu, daha iyi ve her şeyden önce daha spesifik tedavilerin geliştirilmesine yol açabilir. Heidelberg'li biyoenformatikçi Stegle için tüm insan hücrelerinin dizilenmesi vizyonu büyüleyici olmaya devam ediyor: "Benim gibi veri odaklı çalışan ve büyük veri kümeleriyle ilgilenen biri için bu, doğal olarak rüya gibi bir fırsat." Organlara göre düzenlenmiş 18 adet insan vücudu kısmi atlası olacak. Bunlardan dördü halihazırda yayınlandı ve geri kalanının da bu yıl yayınlanması bekleniyor.