Мятежная клетка. Рак, эволюция и новая наука о жизни

В 2011 году космологи Пол Дэвис и Чарльз Лайнуивер опубликовали дискуссионную статью под названием «Раковые опухоли как Metazoa 1.0: в поисках генов древних предков», в которой излагалась идея о том, что рак представляет собой не что иное, как атавизм – эволюционный возврат к архаичной форме жизни. Эти авторы видели в раковой опухоли не совокупность «автономно-эгоистичных» клеток, а «деградировавшие» клетки, которые превратились в разрозненный коллектив, похожий на самые первые многоклеточные организмы (Metazoa) и функционирующий под контролем унаследованных от предков, но ранее недоступных генетических программ. Согласно их теории, это атавистическое поведение является своеобразным «безопасным режимом», запускаемым в ответ на стрессовые условия, например на низкий уровень кислорода. Именно такие условия, характерные для ранней Земли в период становления многоклеточных животных, встречаются также в локальной среде, окружающей опухоль.

Мало что раздражает биологов столь же сильно, как физики, вторгающиеся в их предметную область с энтузиазмом беззаботного щенка, получившего новую игрушку. Незваные пришельцы предлагают упрощенческие решения, в которых игнорируется все богатство знаний, бережно накапливаемых десятилетиями. И хотя идее о том, что рак является эволюционным откатом назад, уделили немалое внимание в средствах массовой информации, недовольную реакцию научного сообщества можно было ощутить даже из космоса. Новая гипотеза вызывала либо насмешки по поводу того, что дуэт невежд вообще не разбирается в биологических и генетических причинах рака, либо же разочарование, обусловленное тем, что банальных заявлений о седой древности генов, участвующих в фундаментальных процессах жизни, уже достаточно для того, чтобы обзавестись в научной и популярной прессе репутацией новатора и ниспровергателя устоев[11].

Атавистическая теория Лайнуивера и Дэвиса явно не согласуется с реалиями современной биологии. Рак вовсе не является откатом к какой-то точке в длинной истории многоклеточной жизни; вместо этого он стимулируется клетками, которые выбрали для себя уникальную эволюционную траекторию в сложной среде, окружающей организм. Они подвергаются давлению естественного отбора, находя и используя в своих мутировавших геномах все, что способно помочь их выживанию (позже об этом будет рассказано более подробно). Кроме того, как показывает работа Руиса-Трилло по изучению Capsaspora, все, что отделяет друг от друга организованную многоклеточную систему и скопище автономных одноклеточных организмов, сводится к двум вещам: жесткому генетическому регулированию и клеточной смерти. Наконец, имеются и некоторые новые и интересные наблюдения относительно того, что может происходить на генетическом уровне, когда «многоклеточный» договор между клетками начинает нарушаться.

Растущая доступность данных, извлекаемых из секвенирования ДНК самых разнообразных видов, позволила ученым составить генеалогическое древо жизни, подробно отображающее отношения между видами, а также то, в какие времена у них были общие предки. Это позволяет с легкостью вычислить возраст любого гена. Например, если какой-то конкретный ген представлен только у видов, принадлежащих к ветви млекопитающих, то можно предположить, что он возник около 65 млн лет назад, когда впервые появились млекопитающие. Однако если его присутствие можно проследить начиная с бактерий, то он окажется гораздо древнее; возможно, такой ген входит в состав генома наших самых ранних одноклеточных предков.

Пару лет назад Дэвиду Гуду – руководителю группы онкологического Центра имени Питера Маккаллума в Мельбурне (Австралия) – пришла в голову блестящая идея нанести на древо жизни постоянно расширяющийся набор раковых генов, обнаруженных в ходе крупномасштабных проектов по секвенированию опухолей. Он хотел выяснить, существует ли какая-либо взаимосвязь между возрастом гена и его ролью в развитии онкологического заболевания. Однако человек, готовый на практике осуществить его проект, появился лишь после того, как к нему в лабораторию пришла молодая венесуэлка Анна Тригос, готовившаяся к защите диссертации.

Приступив к работе, Тригос сделала удивительное открытие: оказалось, что гены, наиболее активные в раковых клетках, одновременно являются и самыми древними. В их число попали те типы генов, которые отвечают за важнейшие жизненные функции, такие как воспроизведение клеток или восстановление поврежденной ДНК, появившиеся на заре одноклеточной жизни. И, напротив, наименее активными оказались гены, сформировавшиеся недавно, имеющиеся в основном у млекопитающих или многоклеточных животных и отвечающие за самые сложные задачи, включая создание специализированных органов и обеспечение коммуникации между клетками.