Мятежная клетка. Рак, эволюция и новая наука о жизни

Хотя внутри опухоли и вокруг нее могут находиться многочисленные типы иммунных клеток, самих раковых клеток все равно гораздо больше, и каждая из них несет свой собственный набор генетических мутаций. Следующая большая задача, которую ставит перед собой Иньинь Юань, – узнать как можно больше о видах раковых клеток, которые процветают в различных внутриопухолевых средах, сопоставив потом полученное знание с тем, что нам уже известно об их генетических, физических и поведенческих особенностях. Соединение огромного массива данных о ДНК, поступающих из лабораторий по секвенированию, с информацией о подспудной экологии заболевания представляет собой крайне сложную задачу, но теперь к ней вполне можно подступиться, опираясь на достижения в области искусственного интеллекта и машинного обучения.

Вполне логично, что разнообразие, которое исследовательница видит под микроскопом, должно отражаться и в лежащем в основе этого зрелища генетическом разнообразии, но сопоставление раковых клеток с их средами обитания все равно остается сложной задачей. Для ее решения потребуется производимый в высоком разрешении пространственный анализ ДНК и белков, изучение клеточных характеристик и закономерностей генной активности, а также вычислительные инструменты, позволяющие собрать всю информацию воедино и обработать ее. Получить необходимые данные будет намного сложнее, чем просто пропустить образцы размельченной опухоли через секвенатор. Наконец, с учетом того, насколько больше места занимают объемные файлы изображений, в отличие от простой череды «букв» ДНК, потребуются огромные вычислительные мощности и гигантские информационные хранилища. Однако если все получится, то это очень поможет в понимании сложной экологии рака и в более эффективном его лечении.

Юань и ее команда разрабатывают способы, позволяющие превратить созданные ими алгоритмы в клинические инструменты для врачей: им важно составить карту молекулярного ландшафта опухоли и видов имеющихся в ней клеток, чтобы помочь врачам подобрать лучшие комбинации лечения. На подходе есть и другие интересные новинки – например, позволяющие анализировать паттерны генетической активности в отдельно взятых раковых клетках в срезе опухоли, а в какой-то момент, возможно, даже упорядочивать их геномы. Методы автоматического анализа изображений, известные как «компьютерное зрение», тоже могут произвести революцию в этой области. Например, недавно исследователи из Нью-Йоркского университета, применив один из готовых алгоритмов Google для анализа изображений, смогли установить вероятные мутации в кластерах клеток легочного рака, просто последовательно обрабатывая микроскопические снимки. Этот метод не обладает стопроцентной точностью, но начало многообещающее.

Есть и еще один вопрос, о котором стоит упомянуть. Дело в том, что образцы рака, используемые для секвенирования ДНК и анализа изображений, всего лишь моментальные снимки мертвой биологии. Это крошечные кусочки генетических «окаменелостей» опухоли, которая годами динамично развивалась и приспосабливалась к изменениям окружающей среды. Иначе говоря, пытаться реконструировать молекулярную сложность опухоли, опираясь лишь на пару образцов, – это все равно что оценивать генетические новации на пути от гиракотерия к лошади, просто глядя на древние и современные скелеты в музее.

Отслеживание эволюции рака в действии, производимое через изучение образцов, взятых на каждом этапе – от начала заболевания до фатальной метастатической стадии, позволило бы нам понять, что конкретно происходит на пути от «печальной» клетки к «дурной» клетке, порождающей опухоль. Кроме того, это позволило бы нам отследить путь клеток-первопроходцев, которые, попадая в кровоток, запускают вторичный рак, и увидеть, что происходит, когда раковые образования уменьшаются в объеме и сдают назад, реагируя на терапию.

Впрочем, последний рубеж в исследованиях рака – это все-таки не пространство, а время.

Незаживающая рана

До сих пор мы фокусировались на раковых клетках как на пассивных игроках, зависящих от среды, реагирующих на ее изменения и адаптирующихся к ним. Однако это лишь половина истории. Не только среда формирует виды, но и виды формируют свою среду обитания.

По всему миру можно наблюдать воздействие организмов на среду, в которой они обитают: от упорного строительства бобровых плотин или безудержного прокладывания кроличьих нор до несомненных «следов сапога», оставленных в природных ландшафтах человечеством. Примерно в том же духе, в каком мы, люди, преобразовали среду ради собственного выживания, возводя жилища, приручая огонь и осваивая сельское хозяйство, раковые клетки, эти конструкторы антиутопий, разрушают упорядоченные обиталища нормальных клеток и создают вместо них декорации в стиле «безумного Макса», которые лучше подходят их жадной и лживой натуре.