הודעה לעיתונות: האם האיברים שלנו "מדברים" זה עם זה? מחקר חדש ממפה לראשונה את רשת הקשרים המטבוליים בין איברי גוף האדם

חוקרי אוניברסיטת חיפה והטכניון פיתחו גישה חישובית חדשנית המאפשרת למפות כיצד איברי הגוף פועלים כמערכת מתואמת אחת. בין הממצאים: הכבד התגלה כאחד מצומתי התקשורת המרכזיים בגוף, ושני סוגי השומן פועלים בדפוסי תיאום שונים לחלוטין

מחקר חדש שנערך בחוג למערכות מידע באוניברסיטת חיפה, בשיתוף הפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט בטכניון, ופורסם בכתב העת Heliyon, מציג דרך חדשה להסתכל על גוף האדם: לא כאוסף של איברים נפרדים, אלא כרשת אחת של איברים המתואמים ביניהם. באמצעות גישה חישובית חדשנית המבוססת על בינה מלאכותית, ניתוח רשתות (Networks) וניתוח נתוני עתק (Big Data) הצליחו החוקרים למפות לראשונה את רשת הקשרים המטבוליים בין 18 רקמות שונות בגוף האדם. “המחקר מאפשר לנו להסתכל על הגוף בצורה חדשה”, אמרה ד”ר יהודית סומך מאוניברסיטת חיפה, שהובילה את המחקר יחד עם צוות סטודנטים ובשיתוף ד”ר עירית הוכברג מהטכניון. “עד היום רוב המחקרים התמקדו באופן שבו כל איבר מתפקד בפני עצמו. אנחנו מציעים להסתכל על הגוף כרשת אחת של איברים המתואמים ביניהם. המודל שפיתחנו מאפשר למדוד לא רק מה קורה בתוך איבר מסוים, אלא כיצד משתנה התיאום בין איברים שונים”.

חילוף החומרים הוא אחת ממערכות ההפעלה המרכזיות של הגוף: הוא קובע כיצד הגוף מפיק אנרגיה, משתמש בסוכר ובשומן וכיצד הוא מגיב למצבים כמו אכילה, צום ושינויים הורמונליים. במשך שנים רבות התמקד המחקר המדעי באופן שבו כל איבר בגוף פועל בפני עצמו: כיצד הכבד מעבד חומרים, כיצד רקמת השומן אוגרת אנרגיה וכיצד השרירים משתמשים בסוכר. ואולם, גוף האדם אינו אוסף של איברים הפועלים בנפרד, אלא מערכת אחת שבה איברים שונים פועלים בתיאום מתמשך. במחקר הנוכחי ביקשו ד”ר סומך וצוות הסטודנטים מהחוג למערכות מידע באוניברסיטת חיפה, יחד עם ד”ר עירית הוכברג מהפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט בטכניון וממרכז רפואי הלל יפה, לבדוק האם ניתן לזהות ברמה כלל־גופית קשרים בין רקמות שונות המעורבות בחילוף החומרים, ולמפות אילו רקמות פועלות בתיאום זו עם זו.

במחקר השתמשו החוקרים בנתוני ביטוי גנים ממאגר GTEx, אחד ממאגרי הנתונים הגדולים בעולם לרקמות אנושיות. הם ניתחו את פעילותם של עשרות אלפי גנים ב־18 רקמות שונות, זיהו קבוצות של גנים הפועלות יחד בכל רקמה, ולאחר מכן מיפו כיצד קבוצות אלו מתואמות בין רקמות שונות בגוף. בשלב הראשון זיהו החוקרים בכל רקמה קבוצות של גנים שפועלים יחד. מתוך 609 קבוצות גנים שנמצאו בכלל הרקמות, זוהו 40 קבוצות הקשורות לחילוף החומרים. לאחר מכן חישבו החוקרים את הקשרים בין הקבוצות האלה ברקמות שונות, ובנו רשת שמראה אילו רקמות מתואמות זו עם זו מבחינה מטבולית. כדי לוודא שהקבוצות שזוהו אכן קשורות לחילוף החומרים, הם השוו את הממצאים לשלושה מאגרי נתונים חיצוניים שעסקו בין היתר בהבדלים בין אכילה לצום ובהשפעת הורמונים על רקמת שומן.

מתוצאות המחקר התגלתה תבנית תיאום מטבולי כללית בגוף, בנוסף התגלה כי הכבד הוא אחד מצומתי התקשורת המרכזיים ביותר ברשת המטבולית, עם קשרים חשובים לרקמות שומן, לשרירים, לבלוטת התריס ולעורקים. עוד נמצא במחקר הבדל ניכר בין שני סוגי רקמות השומן בגוף: השומן הבטני (VAT), המזוהה עם סיכון מוגבר למחלות מטבוליות, נמצא כחלק מרשת קשרים צפופה עם הכבד ורקמות מטבוליות נוספות; ואילו, השומן התת־עורי (SAT) הציג דפוסי פעילות שונים ולעיתים אף מנוגדים, דבר המעיד על תפקידים ביולוגיים שונים של שני סוגי השומן. נוסף על כך, זוהו קשרים בין הכבד ובין בלוטת התריס, העורקים ורקמות נוספות, קשרים שכמעט שלא נחקרו בעבר. לדברי החוקרים, המשמעות הרחבה של המחקר היא שינוי באופן שבו ניתן לחקור את גוף האדם.

“בפעם הראשונה אנחנו יכולים למדוד לא רק מה משתנה בתוך איבר מסוים, אלא כיצד משתנה התיאום בין איברים שונים”, אמרה ד”ר סומך. הגישה הזו מאפשרת לראות את גוף האדם כמערכת אחת מתואמת ולא כאוסף של איברים נפרדים”. בעתיד יהיה ניתן להשתמש בגישה החישובית שפותחה במחקר כדי להבין כיצד מחלות מורכבות, כגון סוכרת, השמנת יתר, סרטן, מחלות ניווניות ותהליכי הזדקנות, אינן משפיעות רק על איבר מסוים, אלא משבשות את התיאום בין איברי הגוף. הבנה טובה יותר של רשת הקשרים הזו עשויה לסייע בעתיד בפיתוח גישות חדשות לרפואה מותאמת אישית ולפיתוח טיפולים שיחזירו את הגוף לאיזון באמצעות שיקום הקשרים בין הרקמות.

קראו עוד על המחקר בכתבה שפורסמה באתר הארץ