At verden stadig er plaget af sygdomme, vi ikke kan behandle eller vaccinere mod, skyldes blandt andet at menneskets immunsystem er yderst komplekst.
Danske forskere nu har skabt en metode som kan hjælpe med at belyse en indviklet men også afgørende del af immunforsvarets reaktion. Metoden kan føre til helt nye vacciner og behandlinger.
Fælles forskningindsats
Forskere fra BioCentrum-DTU og Det Sundhedsvidenskabelige Fakultet ved Københavns Universitet har samkørt bioinformatik og immunkemi og skabt kunstige neurale netværk, som kan gøre det hidtil umulige:
Immunsystemet beskytter kroppen mod sygdomme. Samtidig beskytter det sig selv mod at blive afluret af mikroorganismer, ved at bruge sindrige PIN-kode-lignende mekanismer. Hvert menneske har sin helt egen immunforsvars-kode, så skulle virus aflure koden i ét individ, er denne viden nytteløs i det næste. Men samme beskyttelse gør det svært at afkode hele det menneskelige immunforsvar og udvikle præcise immunologiske behandlinger som fx vacciner.
Med det nye neurale netværk har de danske forskere nu fået mulighed for at forudsige alle kendte, men også endnu ukendte immunforsvars PIN-koder.
Det er dermed det mest omfattende redskab af sin slags, internationalt set helt i front, og netop rapporteret i det videnskabelige tidsskrift PLoS ONE.
På verdensplan betyder de neurale netværk, at forskerne for eksempel kan tage alle varianter og enkeltdele af en epidemisk trussel i betragtning.
”Vi vil både kunne finde kandidater til vacciner, som kan hjælpe den enkelte, og som kan hjælpe alle,” fortæller professor Søren Buus fra Laboratorium for Eksperimentel Immunologi ved Københavns Universitet.
Stikprøver fra vore celler
Vores immunsystem beskytter os mod trusler fra fx bakterier, virus og kræft ved at såkaldte T-celler til stadighed undersøger kroppens celler og tjekker om de er raske, inficerede eller ødelagte. På ydersiden af alle celler sidder antigener, og T-cellerne kan se forskel på dem der tilhører kroppen og dem, der ikke gør. Hvis et antigen er fremmed – fx stammer fra en virus der har inficeret cellen – kan T-cellerne angribe den syge celle for at fjerne virus’ opholdssted og dermed afbryde infektionen.
Nu kan T-cellerne ikke se ind i andre celler. For at løse opgaven, bruger de stikprøvetagere, kaldet vævstypemolekyler, der hiver stumper af alt i den celle der bliver undersøgt ud på overfladen og viser dem til T-cellerne.
Forskerne har længe vidst, at denne udtagelse af stikprøver er central for immunsystemets funktion; hvis en mikroorganisme kan snyde stikprøvekontrollen, så snyder den også hele immunsystemet.
Immunforsvarets kompleksitet beskytter mod sygdomme
For at mikroorganismerne ikke skal aflure, hvordan stikprøvetageren fungerer, har immunsystemet indrettet sig med utrolig mange udgaver af vævstypemolekylerne. Hver af os har kun nogle få af disse varianter (vores egen immun-pinkode) men samlet har hele menneskeheden tusindvis forskellige (Hvilket giver flere tusinde milliarder forskellige koder).
Mikroorganismen kan derfor aldrig vide, hvilken stikprøvetager den er oppe imod; og skulle den finde ud af det i ét individ, så er denne viden værdiløs i det næste menneske, det inficerer. Det er en utrolig robust måde at beskytte immunsystemet mod afluring –lige som PIN-koder beskytter vores kreditkort.
Skal vi forstå hvordan T-cellerne virker, og bruge denne forståelse til at opdage, diagnosticere og behandle sygdomme – skal forskerne først kunne identificere de helt præcise celle-stumper, som stikprøvetagerne vælger til fremvisning. Det er i denne proces, at vi finder de komponenter, der kan blive del af nye behandlinger og vacciner. Kun hvis vævstypemolekylerne viser den rette stump af en inficeret celle til T-cellerne reagerer immunforsvaret. At finde selve stumpen er dermed det første afgørende skridt på vejen for at få immunforsvaret på barrikaderne. Hvis vi forstår hvordan alle vævstypemolekyler fungerer – kender alle PIN koder – kan vi låse alle immunsystemer op. Indtil nu har det været et overvældende arbejde at finde den enkelte kode, og da forskerne i disse år finder flere nye stikprøvetagere, end de kan nå at afkode, har det været en fjern og uoverskuelig opgave at finde alle koderne. Indtil nu.
Menneskets vævstype en afgørende del af immunologien
Forskerne kender i dag til ca. 5000 forskellige vævstypemolekyler hos mennesket, og tallet stiger næsten dagligt. Kombinationen af de få, hver af os har, er som regel unik, og det er forklaringen på, hvorfor to individer ikke reagerer helt ens på de sygdomme de får i løbet af et liv. Det store antal forskellige vævstyper (pinkoder) skaber også problemer under transplantationer, da der skal være optimal vævstypeforligelighed ved fx knoglemarvstransplantation.
Hvis forskerne kender en patients vævstypemolekyler (pinkoden) kan de med de neurale netværk kortlægge alle de cellerstumper hans/hendes immunsystem vil få præsenteret, og dermed hvilke sygdomsfremkaldere T-cellerne får vist.
Hvis patientens eget immunsystem fx ikke reagerer på en sygdom, kan den nye viden finde, isolere og fremstille de nødvendige T-celler der kan se sygdomsfremkalderen (virus, kræftcelle m.m.).
Det kan have vidtrækkende konsekvenser for behandling af kræft, infektionssygdomme og med transplantationer.
En gratis tilgængelig webbaseret NetMHCpan-server ligger hos CBS, DTU
http://www.cbs.dtu.dk/services/NetMHCpan/