Этот метод вызвал споры, поскольку несколько ученых претендовали на его открытие. Потом о нем забыли, а позднее открыли снова и усовершенствовали. Это был последний прорыв. Патентообладателем на данный метод является компания Hoffman La Roche, которая и получает роялти, но в научных целях этим методом можно пользоваться бесплатно. Изобретатель этого метода – человек необычный. После того как он несколько лет разрабатывал данную технологию в Cetus Co., его уволили из компании. Как мне рассказывали, ему заплатили $10 000, а продали эту технологию Hoffman La Roche за $300 млн. И все же справедливость наконец восторжествовала и эксцентричный изобретатель Кэри Муллис в 1993 г. получил Нобелевскую премию за открытие в области химии. Выступая с речью на церемонии вручения премии, он с сожалением сказал, что Нобелевская премия разрушила его отношения с девушкой! The New York Times писала, что его метод разделил биологию и медицину на две эпохи – до и после изобретения ПЦР.
4. Вирусы и рак
Тасманийский дьявол
Начну с важного замечания: рак – неинфекционное заболевание. Это важно знать тем, кто контактирует с онкологическими пациентами, – не нужно беспокоиться.
Это правда? Всегда? Без каких-либо исключений? К сожалению, некоторые исключения встречаются: к этим немногим исключениям относится тасманийский дьявол. Ученые занимались изучением этих животных с целью понять, почему их опухоль заразна. Они кусают друг друга и выглядят устрашающе – как дьяволы! У укушенных особей в 90% случаев развивается лицевая опухоль. Эти животные находятся на грани вымирания. Как ни странно, контагиозный агент до сих пор не выявлен. Причина передачи рака заключается в том, что тасманийские дьяволы изначально больны. У этих животных наблюдается иммунодефицит, поэтому клетки, перенесенные от одного животному другому, не воспринимаются организмом как инородные и иммунная система укушенного животного толерантна к ним. Недавно проведенное секвенирование генома показало, что все тасманийские дьяволы являются очень близкими родственниками. Клетки других животных, как правило, воспринимаются иммунной системой как инородные и отвергаются. Но не в случае с тасманийскими дьяволами. Поэтому при передаче опухолевых клеток образуется новая опухоль. В результате сильных укусов образуются кровавые раны, и опухолевые клетки попадают непосредственно в кровоток и сразу же, подобно метастазам, проникают во все области организма. Такой результат позволил всем исследователям рака вздохнуть спокойно, поскольку это значит, что тасманийские дьяволы – совершенно особый случай. Итак, все снова сошлось: рак – непередающееся заболевание. Как правило.
Организм пациентов, которых готовят к трансплантации органов и для этого подавляют иммунитет, реагирует так же, как организм тасманийских дьяволов. У пациентов любой инородный орган, как правило, не является «своим» и отторгается несовместимым маркером клеточной поверхности, молекулами главного комплекса гистосовместимости (ГКГС). Чтобы организм «принял» трансплантат и не отторгал его, необходимо подавить иммунную систему пациента. В организме тасманийских дьяволов именно это и происходит.
В качестве модели для изучения раковых клеток исследователи используют мышей, лишенных иммунной системы. Эти мыши имеют генетический дефект, обусловленный потерей Т-клеток, компонентов иммунной системы, а также волосяного покрова, в силу чего они получили название «голых» мышей. В отличие от нормальных мышей, им путем инъекции можно ввести опухолевые клетки, которые не отторгаются организмом, а приводят к развитию опухоли, даже если эти опухолевые клетки неродственных им видов, в частности человека. Мы, как и любой исследователь рака, обычно использовали этих мышей. Есть еще один специальный вид лабораторных мышей – мыши с тяжелым комбинированным иммунодефицитом (ТКИД), на модели которых можно изучать инородные опухолевые клетки; ТКИД может развиваться и у людей (заболевание, напоминающее СПИД). Чтобы избежать риска инфицирования, таким пациентам приходится жить в стерильных условиях специальных «палаток». Кроме того, мышей с ТКИД сложно разводить. Я еще не рассматривала возможность использовать тасманийского дьявола в качестве животной модели для изучения раковых клеток человека – слишком уж они свирепы и есть в них что-то зловещее. Известно еще две трансмиссивные опухоли, которые развиваются у двух видов животных, – трансмиссивная венерическая саркома (ТВС), передающаяся половым путем и поражающая половые органы у собак, и другая опухоль – у хомяков. Обе опухоли напоминают генетическое заболевание тасманийского дьявола.
Ретровирусные онкогены
Изучение ретровирусов особенно помогло ученым понять, как вирус способствует развитию опухоли. Поэтому такие ретровирусы еще называют онкогенными (или опухолевыми) вирусами. Они являются носителями генов рака, или по-другому онкогенов, в связи с чем многие ретровирусологи считают себя исследователями рака – и я в их числе. Многие из этих вирусов являются лабораторными штаммами и редко встречаются у человека, а если и наблюдаются, то только в комбинации с прочими факторами, которые обусловливают их канцерогенность, – зачастую после нескольких десятилетий. Однако они способны вызвать рак у животных (мышей, кошек, коров) и даже у растений, а также у обезьян.
Известно около 100 вирусных онкогенов. Все они характеризуются главным образом способностью стимулировать рост клеток. Онкогены, не дающие клеткам преимуществ роста или даже подавляющие его, не проявляют себя, и их часто не замечают. Опухолеродные вирусы могут обусловить появление небольших скоплений клеток в чашке для культивирования, «мини-опухолей», называемых очагами. Они могут быть достаточно большими и различимы невооруженным глазом. Исследователи собрали самые крупные очаги и выделили вирусы, имеющие онкогены, наиболее активно стимулирующие рост опухоли. У животных «лучшие» онкогены индуцируют развитие самых больших опухолей. Эти вирусы помогли нам, исследователям, отобрать самые опасные онкогены. В настоящее время – и уже около 40 лет – их часто используют фармацевтические компании в качестве оптимальных мишеней для противораковой терапии, что привело к разработке современных наиболее эффективных лекарств. Подождите немного, и я объясню, какую роль исследуемые в пробирке онкогены играют в изучении рака у человека.
Нормальные клетки перестают расти, «столкнувшись» с соседними клетками. Это явление хорошо известно тем, кто работает на кухне, – заживление пореза на пальце происходит за счет роста клеток, и, как только они соприкасаются с соседними клетками, рост прекращается. Это явление называется контактным ингибированием роста. У опухолевых клеток нет такого стоп-сигнала, который не допускал бы роста клетки поверх другой клетки, что является важным аспектом роста опухолевых клеток.
Проводилось долгосрочное исследование, целью которого было понять, откуда берутся онкогенные вирусы: изнутри или извне клетки. Чтобы ответить на этот вопрос, ученым нужно было сначала понять, как осуществляется обмен генами между вирусами и клетками, то есть каков механизм горизонтального переноса генов (ГПГ). Этот процесс предусматривает перенос генов в обоих направлениях: гены, находящиеся внутри клетки, выводятся из нее вирусами, а вирусы в результате инфицирования способны переноситься в новые клетки. Может происходить накопление вновь приобретенных вирусных генов путем их интеграции в клеточный геном. Таким образом, осуществляется перенос генов в обоих направлениях. Гены, переносимые вирусами, выбираются случайным образом – по крайней мере первоначально. Когда экспериментаторы отобрали онкогены, индуцирующие быстрый рост клеток или опухоли, то в итоге получили вирусы, имеющие особые гены, которые обеспечивают клеткам самое большое преимущество, а именно возможность неконтролируемого деления, а это – признак рака. Имеет значение еще одно явление. Высокая частота мутаций вируса обусловливает существование канцерогенных генов, наиболее эффективно стимулирующих рост клеток. Мутации происходят в процессе репликации вируса, для чего задействуется обратная транскриптаза, работа которой не застрахована от ошибок и «нестабильна». Во время каждой репликации происходит 10 мутаций на каждые 10 000 нуклеотидов (размер ретровируса). Столь высокая частота ошибок делает ДНК-содержащие вирусы весьма «изобретательными». Мутагенез – часть стратегии выживания вирусов. Мутации повышают онкогенность онкогенов. Клетки с ДНК-геномами, в частности клетки человека, выработали корректирующие механизмы, которые в значительной степени предотвращают мутации. И это хорошо для нас, поскольку в противном случае вероятность заболеть раком была бы выше. Клеточные онкогены обозначаются как c-onc (или протоонкогены), а после мутирования их вирусами они называются вирусными онкогенами v-onc (или вирусными онк) – они «лучше», поскольку обладают более сильным онкогенным действием. Таким образом, онкогены имеют клеточное происхождение, но вирус модифицирует их.
