24. novembra navršile su se 164 godine od objavljivanja revolucionarne knjige Čarlsa Darvina „O poreklu vrsta“, jedne od najuticajnijih naučnih knjiga ikada napisanih. Kao priznanje, 24. novembar je poznat kao „Dan evolucije“ ili neobičniji pod nazivom „Svi naši ujaci su Dan majmuna“. Institut za istraživanje raka oseća obavezu da obeleži ovaj važan rad koji je doveo u pitanje i na kraju transformisao naše razumevanje sveta prirode.
Kada razmišljamo o evoluciji – procesu kojim se nasledne karakteristike živih bića menjaju tokom uzastopnih generacija – naše godine vezane za Dejvida Atenboroa pokazuju da imamo tendenciju da se fokusiramo na vidljivo formiranje novih struktura i vrsta.
Volimo da razumemo i objasnimo proces razmatranjem dobro poznatih primera, kao što su kako su ljudi evoluirali od majmuna, kako su zebe na ostrvima Galapagos razvile kljunove različitih oblika koji odgovaraju njihovim izvorima hrane i kako su insekti, ptice i slepi miševi evoluirali odvojeno. sposobnost letenja.
To znači da mi obično vidimo evoluciju isključivo u pozitivnom svetlu. I nijedna druga vrsta se verovatno neće raspravljati. Na kraju krajeva, bez svog izduženog, koščatog srednjeg prsta, aie-aie ne bi mogao da se hrani za ličinke na drveću i morao bi da se takmiči sa drugim životinjama za pristupačniju hranu. Aksolotl je povećao svoje šanse za preživljavanje tako što je mogao da regeneriše delove svog tela nakon povrede i prilagođavajući se da živi u vodi kao odrasla osoba.
U verovatno najekstremnijem primeru, u nedostatku vode, tardigrad usvaja isušenu formu zvanu „tun“, koja može da preživi čuvanje u zamrzivaču godinama, slanje u svemir i podvrgnuto ekstremno visokim pritiscima. Čim se voda vrati, „ponovo će se aktivirati“ u uobičajeno stanje.
Ogromna moć evolucije da podrži opstanak u životinjskom carstvu je jasna.
Ali evolucija nije samo dala žirafi dug vrat, oklopniku štit, a žabi specijalizovani mamac. To nije koristilo samo organizmima koje želimo da napredujemo. Na kraju krajeva, sve što ima genom — bilo da sadrži DNK ili RNK — može evoluirati u vremenu.
Dugo smo bili svesni da sposobnost bakterija i gljivica da evoluiraju može dovesti do otpornosti na antimikrobne lekove, i bilo je skoro nemoguće pobeći od govora o razvoju virusa SARS-CoV-2. Nasuprot tome, evolucija raka je ostala ispod radara van naučnog i medicinskog sveta. Međutim, to nije nešto što možemo zanemariti. S obzirom da je evolucija životinjama dala „supermoći“, moramo da poštujemo njihovu ulogu u bolestima.
U Centru za evoluciju i rak pri Institutu za istraživanje raka, naučnici iz više disciplina rade zajedno na utvrđivanju zašto su ljudi ranjivi na rak, šta određuje kako se rak razvija tokom vremena i šta treba da uradimo da bismo prevazišli rezistenciju na lekove.
Otpornost na lekove je verovatno najznačajniji izazov u lečenju raka. Postoje različiti mehanizmi pomoću kojih ćelije raka mogu postati otporne na lekove, ali ishod je isti—tretman će prestati da funkcioniše, a pacijent će morati da pređe na drugi tretman, ako postoji.
U nekim slučajevima, ćelije raka menjaju svoj fenotip – što znači njihov izgled ili ponašanje – zbog genetske mutacije, i to im na kraju daje prednost u preživljavanju. Kako preživele ćelije nastavljaju da se dele i formiraju nove ćelije, prednost je prisutna u sve većem procentu ćelija u tumoru.
U drugim slučajevima, korisne promene se dešavaju kroz alternativne mehanizme. Negenetska evolucija, često poznata kao fenotipska plastičnost, obično se odnosi na promene u obliku organizma kao odgovor na stimulans iz okoline. Na primer, ćelija raka može da pređe u rezistentno stanje kao odgovor na hemoterapiju, bez dobijanja genetske mutacije.
Profesor Trevor Graham, direktor Centra za evoluciju i rak, i dr Freddie Vhiting, član Trevorovog tima, nedavno su napisali mišljenje o različitim pristupima za proučavanje ne-genetske evolucije raka. Oni naglašavaju da je jasnoća oko ovog procesa „od suštinskog značaja da bi se omogućio razvoj terapija koje sprečavaju adaptaciju raka na lečenje ili progresiju tumora“.
Kao što autori ističu u radu, koji je objavljen u Trends in Cell Biologi, ćelije raka takođe mogu pokazati negenetske fenotipske promene koje nisu direktno izazvane okolinom, ali ipak mogu dati selektivnu prednost. Autori predlažu da se ovaj alternativni scenario (gde se fenotipovi mogu nasumično menjati), koji su skovali kao „fenotipski šum“, jasno razlikuje od fenotipske plastičnosti. Kako buka i plastičnost menjaju fenotip ćelije kroz različite mehanizme, autori veruju da će razlikovanje između njih „na kraju ubrzati napore da se kontrolišu ili spreče promene fenotipa koje omogućavaju ćelijama raka da se odupru terapijama“.
Kao primer, dotiču se „evolucionog upravljanja“. Ova strategija lečenja koristi principe evolucije, ali može biti efikasna samo u slučajevima kada su promene životne sredine izazvane ovim tretmanom odgovorne za stvaranje otpornih fenotipova raka. Da bi iskoristili ovaj pristup, istraživači moraju biti u stanju da potvrde da je u igri fenotipska plastičnost, a ne fenotipska buka.
Opcije bi tada mogle uključivati adaptivnu terapiju, što je dinamički pristup koji ima za cilj da spreči napredovanje raka umesto da pokušava da ubije što više ćelija raka. Ideja je da zaustavljanjem i prilagođavanjem hemoterapije, kliničari ostave žive ćelije raka koje reaguju na lečenje. Ovo sprečava ćelije otporne na tretman da preuzmu i rastu van kontrole. Iako pacijenti moraju da žive sa nekim tumorskim opterećenjem, oni dobijaju niže doze toksičnih lekova koji ubijaju rak, štiteći ih od najgorih neželjenih efekata. Adaptivna terapija abirateronom, lekom za rak prostate otkrivenom u ICR-u, već se pokazala uspešnom u kliničkom ispitivanju.
Druga opcija je da se koristi prvi tretman za razvoj populacije ćelija raka na određeni način pre primene drugog leka koji će verovatno biti efikasan protiv ovih izmenjenih ćelija. Ovo se može opisati kao „usmeravanje evolucije populacije tumora korišćenjem darvinističke adaptacije na lek“.
Iako se mnogi naučnici slažu da je neophodno uzeti u obzir evolucione principe prilikom lečenja raka, sama teorija je nedovoljna. Za svaki tip, pa čak i podtip raka, naučnici treba da utvrde šta uzrokuje rak da razvije fenotipove koji ga čine manje osetljivim na lečenje, kako to prepoznati i kako ga lečiti.
Istovremeno, oni treba da uzmu u obzir imuni odgovor pacijenta. Ljudi imaju snažan imuni sistem koji se sastoji od mreže ćelija, proteina i organa. Iako je celokupni sistem evoluirao tokom stotina generacija, imunitet pojedinca može evoluirati tokom celog života.
Istraživači su pokazali da populacije raka i imuni sistem mogu da evoluiraju, što znači da „mogu opstati u ravnotežnom stanju u dugim periodima“. Ovo se delimično dešava zbog imunoeditovanja, procesa kojim imuni sistem ograničava ili podstiče razvoj tumora. Ovo poslednje se može desiti ako napad imunog sistema ne uspe da iskoreni tumor, ostavljajući otporne ćelije na mestu. Ovo, u stvari, bira ćelije koje izbegavaju imunitet, čineći rak agresivnijim.
U nedavnoj studiji koju je vodio dr Luis Zapata Ortiz, sada vođa grupe grupe za evolucionu imunogenomiku u ICR-u, a objavljenoj u časopisu Nature Genetics, naučnici su pronašli način da razlikuju dve vrste ćelija raka koje su odabrane na ovaj način.
Prvom tipu, koji su autori označili kao „imunski uređeni“, nedostaju neoantigeni (strani proteini koji stvaraju imuni odgovor), dok je drugi tip, opisan kao „imunski pobegao“, razvio sposobnost da izbegne imuni sistem uprkos akumulaciji neoantigena. — bilo kroz mutacije ili ekspresiju određenih proteina koji im pomažu da se „sakriju“. Tim je otkrio da su tumori koji su pobegli od imunog sistema dobro reagovali na imunoterapiju, dok se ovaj tretman pokazao neefikasnim za tumore regulisane imunitetom.
Dr Luis Zapata Ortiz je rekao: „Ovo je snažan primer korišćenja evolucije kao biomarkera za odgovor na lečenje. Moramo da uzmemo u obzir ulogu imunog sistema u oblikovanju genoma raka kako bismo bili sigurni da smo samo davanje imunoterapije pacijentima koji će reagovati.“
U komplementarnom istraživanju, koje je trenutno dostupno kao preprint na bioRkiv-u, tim istraživača predvođen profesorom Grejemom i dr Eni Bejker, članom njegovog tima, razvio je i potvrdio metodologiju sekvenciranja koja omogućava analizu kako imuni sistem reaguje ćelijama raka koristeći samo mali uzorak. Ovo može otkriti kako bela krvna zrnca nazvana T-ćelije reaguju kada se suoče sa ćelijama raka sa različitim mutacijama i kako se ponašaju kada rak postane invazivan. Pošto ne zahteva specijalnu opremu, ova metodologija je dostupna većini laboratorija za genomsku i molekularnu biologiju, tako da naučnici širom sveta mogu da je koriste da razviju bolje razumevanje tumorsko-imune koevolucije.
Imuni sistem nije jedini deo ljudskog tela koji može uticati na evoluciju raka. Mikrobiom – kolekcija svih bakterija, gljivica i drugih mikroba koji žive u telu – takođe ima svoju ulogu.
Dodatno nedavno istraživanje koje je vodio profesor Andrea Sottoriva, vođa grupe grupe za evolucionu genomiku i modeliranje u Centru za evoluciju i rak pri ICR-u, identifikovalo je da ljudi sa rakom debelog creva imaju značajno veće prisustvo Escherichia coli (E. coli) sa određeni gen, poznat kao pks+ E. Coli. Ovaj gen kodira hemikaliju zvanu kolibaktin koja može da izazove oštećenje DNK, što potencijalno rezultira mutacijom koja dovodi do raka. Ovaj nalaz je važan jer razvoj kolorektalnog karcinoma još uvek nije dobro shvaćen, a poznate mutacije ga ne objašnjavaju u potpunosti.
Iako su potrebna dalja istraživanja da bi se potvrdilo učešće pks+ E. Coli u razvoju raka debelog creva, ovaj član crevnog mikrobioma ima potencijal da posluži kao biomarker rizika od raka debelog creva. Rad bi trebalo da bude objavljen u časopisu Nature Communications.
Iako je evolucija raka odgovorna za mnoge poteškoće u vezi sa lečenjem, mi stalno preduzimamo korake napred u našem razumevanju kako on funkcioniše i kako bismo mogli da ga suprotstavimo ili iskoristimo.
Profesor Trevor Graham, direktor Centra za evoluciju i rak pri ICR-u, rekao je: „Na mnogo načina, proces kojim se rak razvija u telu sličan je evoluciji vrsta. Subpopulacije ćelija raka sa mutacijama koje im daju prednost u preživljavanju će se proširiti, dok one sa beskorisnim izmenama neće. Slede dalje mutacije, često kao odgovor na faktore okoline, kao što su mikrobiom i tretmani koji ubijaju kancer. I, vremenom, kancer se sve više prilagođava okruženju svog domaćina, čineći teže ga je eliminisati.
„Ako ne naučimo kako da radimo sa ili prevaziđemo ovu evoluciju, i dalje ćemo biti ograničeni otpornošću na tretman. U ICR-u naporno radimo na primeni principa evolucije u našim istraživanjima kako bismo mogli da poboljšamo dijagnozu , lečenje i prevencija raka.
„Ako možemo da razumemo evoluciju raka – kako se razvija, širi i postaje otporan na lečenje – možemo početi da predviđamo njegovo ponašanje. Ovo će nam dati ogromnu prednost kada je u pitanju sprečavanje i lečenje bolesti. Rak nastavlja da iznenađuje i zbunjuje mi, ali zahvaljujući našem razumevanju evolucije, mi širimo naše znanje brže nego ikada. Darvin bi bio ponosan.“
Na Dan evolucije slavimo ne samo čudne i otkačene životinje koje dele našu planetu, već i visoko razvijen ljudski mozak sposoban da sprovede neverovatna naučna istraživanja koja spasavaju i poboljšavaju živote.
