Открытия, сделанные лауреатами Нобелевской премии-2019 в области медицины, важны для понимания того, как можно заставить клетки раковых опухолей совершать "самоубийство", считает директор Института молекулярной медицины Сеченовского университета Андрей Замятнин, передает РИА Новости.

Нобелевская премия по медицине за 2019 год присуждена Уильяму Келину, Греггу Семенце (оба - США) и Петеру Ратклиффу (Великобритания) за открытие того, как живые клетки реагируют на изменения уровня кислорода в организме, в том числе на кислородное голодание (гипоксию), объявил в понедельник в Стокгольме Нобелевский комитет при Каролинском медицинском институте.

По словам Замятнина, результаты работ нобелиатов-2019 важны, в числе прочего, и для понимания, как раковые клетки избегают апоптоза - генетически контролируемого "самоубийства", наступающего в нормальных клетках при возникновении в них как-либо дефектов. "Апоптоз очень хорошо было бы научиться запускать в раковых клетках, где он отключен", - отметил ученый в беседе с РИА Новости.

Изучение процессов апоптоза помогает понять механизмы возникновения некоторых болезней. Например, известно, что при СПИДе, нейродегенеративных заболеваниях, инсульте и инфаркте миокарда происходит избыточная гибель клеток. При аутоиммунных и раковых заболеваниях наблюдается обратное: клетки, которые должны были умереть, выживают. Поэтому стимуляция процессов клеточного "самоубийства" - один из перспективных путей борьбы с онкологическими недугами.

Работы по изучению генетических механизмов апоптоза были отмечены Нобелевской премией в 2002 году. Тогда премию получили британцы Сидней Бреннер и Джон Салстон, а также американец Роберт Горвиц. 

Раковые клетки как отдельный вид животных

Здравствуйте, этот материал будет немного провокационный. Сегодня мы поговорим о такой болезни, как рак. Существует версия, согласно которой данная патология может выделяться, как самостоятельное существо. Будьте бдительны и тщательно обдумывайте все, что будет написано ниже. Данный текст - это наш перевод и переработка англоязычной статьи.

Похоже на шарик мороженного, но что-то здесь не чисто...

Рак по своему определению это группа клеток, не определившиеся со своим будущим и бесконтрольно делящихся. До сих пор идут споры о том, что такое рак, откуда он, как он и с чем его едят. Но для начала разберемся, почему мы поместили его в Книгу животных. С бактериями мы уже проделывали подобное, то бишь, писали о них статьи, хотя они и близко к животным не стоят. Но это ладно, они же отдельная самостоятельная группа организмов. А что с раком не так? Дело в том, что карцинома на то и карцинома, что она:

- не способна к дифференцировке, то есть, клетка не знает или не может стать тем, кем ей нужно, не хочет взрослеть. Так сказать, инфантильное дитя.
- не хочет умирать, то есть не имеет такой функции, как апоптоз. Апоптоз – это способность клеток самоубиваться, когда они понимают, что приносят вред организму или вообще являются больными.
- Рак часто не имеет постоянного набора хромосом, постоянно мутирует.

В 1951 году из раковой опухоли американской женщины была изъята часть клеток. К огромному удивлению оказалось, что в них можно поддерживать жизнь. Клетки были способны продолжать деление бесконечное число раз и не погибали. Культуру странных человеческих клеток назвали HeLa. Вскоре после открытия американский ученый Лей ван Вален имел смелость выделить их в отдельный вид живых существ. Он назвал вид Helacyton gartleri (Хелацитон Гартлера). Аргументы за выделение в отдельный вид таковы:

- несоответствие числа хромосом у HeLa и людей;
- отдельная экологическая ниша клеток HeLa (по факту это пробирка, где поддерживается их существование);
- способность клеток HeLa сохраняться и размножаться за пределами возможного для обычных человеческих клеток пространства.

Однако ведущие биологи-эволюционисты сказали, что автор идеи придурок, а эти клетки просто мутировавшая раковая опухоль человека. Но мужик Лей ван Вален, по всем традициям Диснея, верил в свои мечты и выделил эти клетки в отдельное семейство. Но вопрос в том, к какому типу, отряду и так далее их относить, ведь это по факту бывший кусок человеческого тела. Тут Лей упустил момент. Но факт того, что рак может жить и в нас и без нас, формируя свою экологическую нишу, может заставить задуматься. Идею по выделению отельного вида в итоге не приняли, но споры в научном сообществе продолжаются.

HeLa существует по сей день во многих лабораториях и является объектом активного изучения. К слову, HeLa не единственная выделенная культура клеток, но другие культуры быстро умирают, а HeLa делится и живет уже почти 70 лет! Эту культуру распространили по всему миру. На ней проводят эксперименты по исследованию рака, СПИДа и радиации. Эти клетки запускали в космос. С помощью них исследуют возможность клонирования организмов. Надо отметить, что и обычные клетки рака имеют все признаки HeLa, для которого биосфера - это человек.

Цель этой небольшой статьи дать возможность понять насколько тонка и эфемерна грань между живыми организмами. Порой непонятно, где начинается одно существо и заканчивается другое. Из человека выделили бессмертные раковые клетки, что способны неограниченное количество времени жить в лабораторных условиях. А что дальше? Создание новых видов животных и человека? Как бы мы не заигрались с функцией Творца. 

Quanta (США): могут ли от рака появляться новые виды? Такое возможно, и вот как

Журнал «Кванта» рассказывает о новой интересной гипотезе российского биолога. Итак, Александр Панчин с коллегами предположил, что заразные раковые опухоли теоретически могут трансформироваться в самостоятельные виды. Автор статьи достаточно доступно преподнесла эту гипотезу и привела мнения других ученых. Биологи сочли эту идею очень интересной и заслуживающей дальнейшего изучения.

Ученые согласны, что это очень смелое предположение, однако заразные раковые опухоли теоретически могут трансформироваться в самостоятельные виды. Живым доказательством этого могут стать определенные и весьма своеобразные паразиты. 

Aгрессивные формы рака могут развиваться настолько яростно и неудержимо, что возникает впечатление, будто это не злокачественные изменения тканей, а скорее нападение инвазивных паразитов, которые стремятся сначала сожрать своего хозяина, а потом освободиться от него. Если изложенная недавно в журнале «Байолоджи Дайрект» экстравагантная теория соответствует действительности, нечто подобное в редких случаях действительно происходит. Те виды рака, которые учатся переходить от одного носителя к другому, могут постепенно эволюционировать, создавая собственные многоклеточные виды. Сейчас ученые исследуют весьма необычную группу морских миксоспоровых паразитов миксоспоридий (Myxosporea), пытаясь понять, могут ли они стать первым известным примером.

Даже среди микроскопических паразитов миксоспоридии являются настоящей загадкой. Впервые их обнаружили почти двести лет назад, и с тех пор в этом классе выявлено более двух тысяч видов. Из-за сложного жизненного цикла миксоспоридий изучать их особенно трудно. Только в 1980-х годах ученые поняли, что и в рыбе, и в червях живут одни и те же виды этих паразитов, а не разные. И если большинство паразитов довольствуется тем, что удобно устраиваются в тканях хозяина, то миксоспоридии зачастую селятся внутри хозяйских клеток.

До недавнего времени миксоспоридии относили к группе протистов из домена эукариотов, которые не являются ни растениями, ни животными, ни грибами. Но в 1995 году Марк Сиддал (Mark Siddall), в то время работавший в Институте морских наук в Виргинии, вместе с коллегами сделал заявление о том, что миксоспоридии являются необычными членами группы стрекающих, или книдарий, в которую входят медузы и кораллы. Проведенные с тех пор генетические исследования подтвердили их утверждения.

Однако положение миксоспоридий в древе жизни никак не объясняет появление у них таких странных черт. Миксоспоридии обладают самыми маленькими геномами среди известных животных. Так, у генома вида Kudoa iwatai всего 22,5 мегабаз, что намного меньше, чем в геноме любого другого стрекающего. В геноме родственного внутриклеточного паразита полиподия мегабаз в 20 раз больше.

Более того, геномы миксоспоридий не только катастрофически малы. В них нет определенных генов, которые считаются жизненно важными для многоклеточных. Непонятно, как и почему сложное многоклеточное создание избавилось от этих вроде бы необходимых генов, а также от больших кусков своей ДНК.

Но у старшего научного сотрудника Российской академии наук Александра Панчина и его коллег есть пусть несколько неоднозначная, но весьма интригующая гипотеза, объясняющая эту особенность. В начале этого года Панчин предположил, что миксоспоридии первоначально ответвились от своих родственников книдарий не как самостоятельный вид животных, а как опухоль.

«Скандалы» эволюции

Панчин знает, что идея о животных, произошедших от раковой опухоли, кажется неправдоподобной. Поэтому в своей работе он вместе с соавторами называет их Scandals (сокращение от «speciated by cancer development animals» — биологические виды, возникшие от развития рака).

Вначале эти «скандалы» были просто мысленным экспериментом. Панчин писал о трансмиссивных формах рака, и слышал, как его коллеги удивлялись генам сложных тканей, которые появлялись у некоторых необычных, но простых паразитов. Дальнейшие разговоры на эту тему породили «фантастическую», как говорит Панчин, идею о том, что такие простые паразиты могут иметь раковое происхождение. «Поэтому мы собрали все данные и выдвинули эту гипотезу», — сказал он.

Согласно трехступенчатому сценарию Панчина, «скандал», возникает как раковое заболевание. Но не какое угодно раковое заболевание. Это должен быть заразный рак, который не умирает вместе с хозяином. Этот рак переходит на другие виды, а потом самостоятельно эволюционирует до уровня многоклеточности. Такие ступени могут показаться непреодолимыми препятствиями, однако есть основания считать, что каждая такая ступень имела место.

Первая ступень, возникновение заразного рака, наиболее проста и понятна, так как мы знаем, что такое случается, хотя и редко. Лицевая опухоль тасманийского дьявола стала хорошо известной формой трансмиссивного рака. Тасманийский дьявол передает ее своими укусами. Трансмиссивная венерическая опухоль собак встречается чаще, но она менее известна. Это венерическое заболевание передается половым путем. Согласно данным исследований, проведенных недавно Элизабет Мерчисон (Elizabeth Murchison) и ее коллегами из Кембриджского университета, это заболевание как заразный рак существует и эволюционирует уже 8 500 лет. (В своем вышедшем в 2014 году докладе Мерчисон с коллегами пишет, что трансмиссивная венерическая опухоль собак может являться «самой старой и широко распространенной формой рака в мире природы».)

Трансмиссивный рак встречается не только у млекопитающих; его также находят у моллюсков. Есть основания полагать, что заразная опухоль может появляться и у стрекающих. У книдарий явно нет иммунитета от рака. Если миксоспоридии относятся к биологическому виду, возникшему от развития рака, то скорее всего, они появились как опухоль других стрекающих паразитов, например, как их родственники полиподии.

Распространение рака на другие виды может показаться маловероятным. «Однако неслыханным это явление назвать нельзя», — говорит доцент Университета Аризоны Афина Актипис (Athena Aktipis), специализирующаяся на эволюции рака. Актипис указывает на некоторые случаи, скажем, когда человек с ВИЧ заразился раковыми клетками плоского паразитического червя. Такой рак неоднократно обнаруживали у людей с нарушенной иммунной системой, и известные случаи, скорее всего, составляют лишь малую долю находок источников странного роста. Если такого рода перескакивание с вида на вид происходит прямо у нас на глазах, то «наверное, нам надо рассмотреть возможность того, что раковая опухоль или нечто подобное в соответствующих условиях может стать паразитом на другом виде», сказала Актипис.

«Я думаю, наша область слишком опасливо и осторожно говорит о том, как раковая опухоль становится самостоятельным видом или самостоятельным организмом», — отметила ученая. По ее мнению, исследователи видят слишком много примеров заразных опухолей типа лицевой опухоли тасманийского дьявола или трансмиссивной венерической опухоли собак. «Это паразит. Это паразитирующий организм», — заявляет Актипис.

Пожалуй, самая маловероятная ступень в гипотезе о «скандалах» та, на которой злокачественный паразит эволюционирует из одноклеточного в многоклеточное состояние в несколько этапов и на нескольких конкретных хозяевах. Миксоспоридии — это простые животные, но они по-настоящему многоклеточные. Поэтому, если они возникли из заразной опухоли, то эта опухоль должна была породить вполне определенные типы клеток.

Считается, что многоклеточность появлялась как минимум 25 раз у домена эукариотов, в который входят сложные одноклеточные организмы, а также растения, животные и грибы. Правда, у животных она возникала лишь в самой основе клеточной линии. Некоторые многоклеточные ветви эукариотов возвращались к одноклеточности, но среди животных такого не было (если вы, подобно некоторым ученым, не считаете раковую опухоль некоей разновидностью такого возвращения). Пока не обнаружено клеточных путей, на которых многоклеточность появлялась, пропадала, а потом снова появлялась в соответствии с гипотезой о «скандалах». «Мы понимаем, что это очень маловероятный сценарий», — сказал Панчин.

Но это не значит, что такого не могло быть. «Я думаю, вполне возможно, что кластеры трансмиссивных раковых клеток могли эволюционировать, обретая нечто похожее на жизненный цикл, — заявила Актипис. — Нет ничего особенного в эволюционном процессе, показывающем, что жизненный цикл возможен лишь тогда, когда ты являешься ветвью эволюционного древа, которая не происходит от другого организма (или его части).

Следуя фактам

В надежде отыскать более существенные доказательства теории «скандалов» Панчин с коллегами сравнил геномы разнообразных простых видов (в основном паразитов) с геномами пяти миксоспоридий, трех одноклеточных организмов и 29 животных. Они искали намеки на канцерогенное прошлое, проверяя отсутствие генов, которые часто исчезают, когда клетка становится злокачественной. Сюда входят гены, участвующие в апоптозе, как называют запрограммированную гибель клеток. Этот процесс позволяет очищать организм от аномальных и патологических клеток. Можно предположить, что организм, развившийся из трансмиссивной опухоли, не должен иметь таких генов.

Ученые ожидали, что самыми вероятными кандидатами на принадлежность к «скандалам» станут другие паразиты, однако только миксоспоридии утратили подавляющие опухоль ключевые гены. Поэтому они стали копать глубже и обнаружили следующее. Миксоспоридии потеряли так много участвующих в апоптозе генов, что они вообще не могут убивать клетки. Такой недостаток обратил на себя внимание. «Даже если посмотреть на простейших паразитов, относящихся к животным, мы не увидим такого дефицита генов, относящихся к раку», — сказал Панчин.

Актипис считает, что Панчин с коллегами представил весьма любопытные причины, по которым «мы должны как минимум задуматься над тем, что некоторые существующие сегодня паразитирующие организмы могли возникнуть из трансмиссивной раковой опухоли». Но дело не закрыто, добавляет она. «Это сообщение — лишь начало работы, и оно ни в коей мере не является решающим доказательством».

Паразитолог и специалист по миксоспоровым Джулиана Налдони (Juliana Naldoni), работающая в Федеральном университете Сан-Паулу, вообще не уверена в том, что миксоспоридии относятся к биологическим видам, возникшим от рака. «На самом деле, они намного сложнее, чем считалось вначале, и они выработали чрезвычайно многосложные (и специфические) механизмы взаимодействия со своими хозяевами», — сказала она. У некоторых видов тоже имеются сложные черты. Например, это клетки, организованные в структуры, напоминающие двигательные мышцы. Налдони полагает, что такая сложность не могла сформироваться на базе раковой опухоли.

Специалист по биоинформатике и докторант Эдриан Баес-Ортега (Adrian Baez-Ortega), работающий в Кембридже в Группе трансмиссивного рака под руководством Мерчисон, согласен с Налдони. «Эта работа наталкивает на размышления, хотя и не кажется очень убедительной», — написал он в редакцию журнала. Например, его не очень-то впечатляет утрата генов, отвечающих за апоптоз. «В контексте столь драматического ослабления генома утверждение о том, что дефицит связанных с апоптозом генов указывает на раковое происхождение, кажется тенденциозно подобранным», — объясняет Баес-Ортега свою позицию.

Но в основном он сомневается в том, что заразный рак может существовать достаточно долго, чтобы возникла многоклеточность. У раковых клеток невероятно неустойчивые геномы. Это позволяет им быстро мутировать и обходить оборону своих хозяев, однако Баес-Ортега отмечает, что в масштабах эволюции это очень пагубная стратегия. «Со временем значительная часть генома раковой опухоли становится нефункциональной или аномальной, и это препятствует не просто выживанию, но и выработке сложных черт, таких как многоклеточность». По его мнению, «даже если бы заразный рак смог выживать и существовать миллионы лет, он, скорее всего, оставался бы на уровне одноклеточных паразитов».

При этом Баес-Ортега считает, что гипотеза о «скандалах» заслуживает дальнейшего изучения. «Для эволюции нет почти ничего невозможного», — говорит он. Баес-Ортега хотел бы, чтобы исследователи не фокусировали свое внимание на конкретных недостающих генах, а изучали кандидатов на разнообразные геномные изменения, которые происходят в раковых опухолях, начиная с точечных мутаций и кончая масштабными перестройками хромосом. «Если раковая опухоль превратится в долгоживущий вид, все эти модификации будут сохранены в ее геноме», — отмечает он.

Даже Панчин с коллегами не делает однозначную ставку на свою гипотезу о том, что миксоспоридии это «скандалы». «Я думаю, было бы справедливо сказать, что это может не соответствовать действительности», — замечает он. Просто проведя свою работу, они не могут исключать такую возможность. «Мы пытались опровергнуть ее, пользуясь теми средствами, которыми располагаем», — говорит Панчин.

Он добавляет: «Мы попытаемся опровергнуть эту гипотезу, изучив геном малакоспоридии» Малакоспоридии — это паразиты из типа стрекающих и ближайшие известные родственники миксоспоридий, но они намного сложнее, а это говорит о том, что они не ракового происхождения. Если окажется, что и у них тоже отсутствуют гены, участвующие в апоптозе, это станет свидетельством того, что миксоспоридии не имеют канцерогенного прошлого.

Даже если в конечном итоге полученные данные покажут, что миксоспоридии не являются результатом эволюции рака, «скандалы», по мнению Панчина, все равно могут существовать, ожидая того момента, когда их откроют. «Мы надеемся, что какие-нибудь зоологи, изучающие некий особенный тип животных, когда-нибудь скажут: «Видимо, эти парни ошибались насчет миксоспоридий, но вот это животное, оно определенно произошло от рака».