Окружающая среда незаметно формирует риск болезней

На человека постоянно действует «экспозом», то есть совокупность всех внешних воздействий за всю жизнь, от загрязненного воздуха и компонентов пищи до лекарств и бытовых веществ. По оценкам, загрязнение среды связано примерно с каждой шестой смертью в мире. Установить четкие связи между конкретными веществами и болезнями было крайне сложно.

Дело в том, что похожие по структуре молекулы могут действовать совершенно по‑разному, а совсем непохожие вещества могут вызывать одни и те же нарушения. Традиционные подходы, основанные на классификации по химическому строению, плохо объясняют, что реально происходит в организме.

Команда собрала данные почти о 10 000 различных воздействий и проследила, как каждое из них влияет на работу человеческих генов. В итоге получилась большая сеть, ее узлы представляют собой отдельные вещества, а связи между ними отражают схожесть их биологического действия.

Когда ученые проанализировали эту сеть, выявились четкие кластеры. Вещества группировались не по внешнему виду, а по тому, на какие системы организма они действуют. В одних кластерах оказались соединения, влияющие на воспаление, в других, что влияют на обмен веществ, свертывание крови и т. д. Оказалось, что фармацевтические препараты и промышленные токсины, никак не связанные по структуре, могут воздействовать на одни и те же молекулярные пути.

Чтобы понять, почему некоторые воздействия наносят больший вред, эксперты сопоставили эффекты веществ с картой взаимодействий белков в клетке. В этой сети есть ключевые белки, которые управляют множеством важных процессов. Исследование показало, что если воздействие задевает такой центральный белок, последствия могут быть особенно серьезными. Даже одно небольшое нарушение в нем способно вызвать волну сбоев в разных системах. Чем более центральную роль играет мишень в клеточной сети, тем выше потенциальный вред от ее повреждения.

Было проверено, можно ли использовать эту модель для предсказания реальных рисков для здоровья. Они сравнили свои сетевые прогнозы с крупными массивами данных по экологии и здоровью в разных странах Европы. Результат оказался показательным. В тех странах, где уровень определенных воздействий был выше, чаще встречались и болезни, связанные с этими воздействиями на молекулярном уровне. Это значит, что биологическое расстояние между веществом и болезнью (измеряемое в рамках сети) помогает прогнозировать, какие последствия для здоровья наиболее вероятны.

По словам Йорга Менхе, исследование предлагает новый взгляд на влияние среды на здоровье. Вместо анализа каждого химиката по отдельности теперь можно видеть, как разные воздействия сходятся к общим биологическим путям, формируя сложную, но упорядоченную систему связей. Благодаря такой карте ученые смогут заранее предсказывать эффекты даже тех веществ, которые пока изучены недостаточно.