Мятежная клетка. Рак, эволюция и новая наука о жизни

Мысль о том, что рак является результатом внутренних хромосомных неполадок нормальных клеток, становилась все более популярной в первые десятилетия XX века. Американский патолог Эрнест Тайцзер в 1916 году впервые использовал словосочетание «соматическая мутация»; с его помощью он отстаивал подход, согласно которому опухоли возникают из-за модификаций наследственного материала в обычных (соматических) тканях тела. К 1922 году выдающийся генетик Томас Хант Морган, занимавшийся плодовыми мушками, также поддержал это изобличение дефектных генов, предположив, что «рак возникает в результате повторяющейся соматической мутации определенного гена». Так родилась теория соматических мутаций, которая объясняла рак мутациями в генах обычных клеток, заставлявшими их сбиваться с правильного пути и бесконтрольно воспроизводиться.

На протяжении XX века ученые разбирались в деталях того, как именно все это происходит. Сегодня нам известно, что хромосомы – длинные цепи ДНК, состоящие из четырех химических «строительных блоков» (нуклеотидных оснований), соединяемых воедино в бесконечном разнообразии комбинаций. Гены же представляют собой более короткие участки ДНК, собранные в одной хромосоме. Они являются своеобразными биологическими инструкциями, которые указывают клеткам, как им расти и воспроизводиться, какую работу выполнять в организме и когда умирать. Именно последовательность упомянутых оснований – аденина (А), тимина (Т), гуанина (G) и цитозина (С) – передает информацию, заключенную в гене, действуя как молекулярный «алфавит», излагающий рецепты жизни.

Человеческий геном – полный набор ДНК, необходимый для создания человека, – содержит 20 000 генов (плюс-минус несколько тысяч[14]), распределенных по 23 парам хромосом. Тем не менее настоящие гены составляют лишь менее 2 % от общего объема генома. Все остальное в научно-популярной литературе часто называют «мусорной ДНК», хотя технически правильнее говорить о «некодирующей ДНК», поскольку она не содержит зашифрованных генетических инструкций для производства белковых молекул. Некоторые составляющие этого массива содержат в себе около миллиона «переключателей», активирующих и дезактивирующих гены, а также структурные компоненты, требующиеся для поддержания правильного числа и длины хромосом при делении клетки. Существуют участки, состоящие из молекулярных нитей, известных как некодирующие РНК, которые либо сами по себе выполняют важные функции, либо помогают контролировать активность других генов. Кроме того, есть еще и изрядная толика такого генетического «мусора», который на первый взгляд кажется полностью бесполезным, хотя специалисты-генетики горячо обсуждают, до какой степени это предположение верно.

По мере того как мы растем, превращаясь из оплодотворенной яйцеклетки в ребенка, а затем во взрослого человека, тысячи генов должны быть активированы в нужных местах и в нужное время – при наличии того количества воспроизводимых клеток, которое необходимо для формирования и поддержания организма. Поэтому вполне логично ожидать, что любые изменения в «буквенном наборе» этой генетической программы могут вызывать проблемы. «Орфографическая ошибка» в каком-то важном гене способна заставить клетку бесконтрольно воспроизводиться. Или же такой сбой может нарушить инструкцию, которая предписывает клетке умереть, когда она получает повреждение или становится старой. Дальнейшие изменения в других жизненно важных генах ведут к развитию агрессивной и непобедимой опухоли, в конечном счете наделяя некоторые из взбунтовавшихся клеток способностью вырываться на свободу и блуждать по телу.

Такая линия размышлений подвела к идее о том, что рак есть, по сути, заболевание ДНК. Отсюда, в свою очередь, вытекали два логичных вывода. Во-первых, если научиться с точностью выяснять, какие именно неисправные гены и молекулы провоцируют неконтролируемый рост клеток, формируя опухоль, то появляется шанс обзавестись «волшебными пулями», способными их останавливать (к этой мысли мы вернемся позже). Во-вторых, если мы, по идее, должны уметь с точностью устанавливать причину рака, то, отследив те изменения в ДНК (мутации), которые привели к развитию рака у конкретного человека, и определив, что вызвало их, мы, вероятно, сможем разгадывать те или иные биологические загадки.

Если отодвинуть в сторону теории, основанные на черной желчи и божьем гневе, то, по-видимому, самым старым научным исследованием, связывающим тип рака с конкретной причиной, окажется трактат «Предостережения против неумеренного употребления табака» (Cautions Against the Immoderate Use of Snuff), который в 1716 году опубликовал британский врач и ботаник Джон Хилл. На пятидесяти с лишним бросающих в дрожь страницах Хилл описывает вызревание и рост твердых опухолей в носовой полости мужчин, которые нюхали табак, надеясь, что его слова будут «полезны, поскольку подобное злоупотребление чревато представленными заболеваниями».