czy rak może być sposobem działania naszych komórek w „trybie awaryjnym”, jak uszkodzony system operacyjny komputera próbujący się zachować, w obliczu zagrożenia zewnętrznego? Do takiego wniosku doszedł kosmolog Paul Davies z Arizona State University w Tempe (A. S. U.) i jego współpracownicy, którzy opracowali kontrowersyjną nową teorię o pochodzeniu raka, opartą na jego ewolucyjnych korzeniach. Jeśli jest to poprawne, ich model sugeruje, że wiele alternatywnych terapii, w tym leczenie tlenem i infekcja czynnikami wirusowymi lub bakteryjnymi, może być szczególnie skuteczne.

na pierwszy rzut oka Davies, który jest wyszkolony w fizyce, a nie w naukach biomedycznych, wydaje się mało prawdopodobnym żołnierzem w „wojnie z rakiem.”Ale około siedem lat temu został zaproszony do założenia nowego Instytutu w A. S. U. – jednego z 12 finansowanych przez National Cancer Institute – aby połączyć naukowców fizycznych i onkologów, aby znaleźć nowe spojrzenie na chorobę. „Poproszono nas o przemyślenie raka od podstaw”, mówi Davies.

Davies nawiązał współpracę z Charleyem Lineweaverem, astrobiologiem z Australian National University w Canberze i Markiem Vincentem, onkologiem Z London Health Sciences Center w Ontario. Razem wymyślili „atawistyczny” model zakładający, że rak jest ponowną ekspresją starożytnej „zaprogramowanej” cechy, która leżała uśpiona. W nowym artykule, który ukazał się w BioEssays we wrześniu, twierdzą oni, że ponieważ rak pojawia się u wielu zwierząt i roślin, a także u ludzi, to musiał wyewoluować setki milionów lat temu, kiedy mieliśmy wspólnego jednokomórkowego przodka. W tym czasie komórki korzystały z nieśmiertelności, czyli zdolności do niekontrolowanego namnażania się, tak jak ma to miejsce w przypadku raka. Kiedy jednak rozwinęły się złożone organizmy wielokomórkowe, „nieśmiertelność była przenoszona na komórki jajowe i plemniki”, mówi Davies, a komórki somatyczne (te, które nie biorą udziału w rozmnażaniu) nie potrzebowały już tej funkcji.

hipoteza zespołu jest taka, że w obliczu zagrożenia środowiska dla zdrowia komórki—promieniowania, powiedzmy, lub czynnika stylu życia—komórki mogą powrócić do „zaprogramowanego trybu bezpiecznego.”W ten sposób komórki odrzucają wyższą funkcjonalność i przełączają uśpioną zdolność do proliferacji z powrotem w błędnej próbie przetrwania. „Rak jest bezpiecznym rozwiązaniem”, zauważa Davies. „Po uruchomieniu podprogramu bezlitośnie wdraża swój program.”

przemawiając na konferencji inżynierii medycznej, która odbyła się w Imperial College London, 11 września, Davies przedstawił zestaw terapii raka opartych na tym atawistycznym modelu. Zamiast po prostu atakować zdolność raka do rozmnażania się lub „siłę raka”, jak to określa Davies, model ujawnia „piętę achillesową raka.”Na przykład, jeśli teoria jest poprawna, to rak rozwinął się w czasie, gdy środowisko ziemi było bardziej kwaśne i zawierało mniej tlenu. Zespół przewiduje, że leczenie pacjentów z wysokim poziomem tlenu i cukrem redukującym w diecie, w celu obniżenia kwasowości, nadwyręży raka i spowoduje kurczenie się nowotworów.

wpływ poziomu tlenu na raka był badany niezależnie od wielu lat i wydaje się wspierać pomysły Daviesa, mówi Costantino Balestra, fizjolog w szkole Paula Henriego Spaaka i Na Wolnym Uniwersytecie w Brukseli, oba w Belgii. W niepublikowanych pracach, które zostały przedłożone do wzajemnej oceny, na przykład Balestra i jego współpracownicy niedawno wykazali, że nieznacznie podwyższony poziom tlenu może zacząć indukować śmierć komórek białaczkowych bez szkody dla zdrowych komórek. „To wygląda prawie zbyt łatwo”, mówi Balestra. „Nasze wstępne wyniki wydają się pokazywać, że dostarczanie trochę dodatkowego tlenu przez jedną lub dwie godziny dziennie, w połączeniu z innymi tradycyjnymi terapiami przeciwnowotworowymi, przyniosłoby korzyści pacjentom bez żadnych ostrych skutków ubocznych.”Balestra podkreśla jednak, że praca ta nie została przeprowadzona w celu przetestowania hipotezy Daviesa i nie może być traktowana jako dowód, że model atawistyczny jest poprawny.

Davies i jego współpracownicy opowiadają się również za immunoterapią—w szczególności za selektywnym zakażaniem pacjentów czynnikami bakteryjnymi lub wirusowymi. Naukowcy medyczni już badają obiecujące efekty takiego podejścia do sztucznego wzmacniania układu odpornościowego pacjentów, aby pomóc im w wyzdrowieniu. Immunoterapia sprawdziła się już dobrze na przykład w leczeniu czerniaków, a jej wpływ na inne nowotwory jest badany. Według modelu atawistycznego, oprócz ożywienia układu odpornościowego, komórki nowotworowe powinny być również bardziej podatne niż zdrowe komórki na śmierć przez czynniki zakaźne, ponieważ tracą wyższą funkcję ochronną po „ponownym uruchomieniu w trybie awaryjnym”, mówi Davies. Najnowsze badania wstrzykiwania zarodników clostridium szczurom, psom i ludzkiemu pacjentowi również wydają się potwierdzać tę interpretację, mówi.

niektórzy naukowcy, tacy jak David Gorski, chirurg onkolog z Wayne State University, pozostają sceptyczni. „”Przewidywania” atawizmu to nic, do czego naukowcy nie doszli innymi drogami”, mówi.

Davies i jego koledzy rozpoczęli już bardziej bezpośredni test swojej teorii, w odpowiedzi na taką krytykę. „Kluczem do naszej teorii jest przyjrzenie się wiekom genów odpowiedzialnych za raka”, wyjaśnia Davies. Model atawistyczny twierdzi, że wraz z początkiem raka komórki powracają do bardziej prymitywnego trybu, a nowo rozwinięte funkcje są wyłączane. W związku z tym zespół przewiduje, że w miarę rozwoju raka, nowo rozwinięte geny powinny tracić funkcję, podczas gdy stare geny stają się aktywne.

aby sprawdzić, czy ta hipoteza jest poprawna, Davies i jego współpracownicy porównują obecnie dane z atlasu genomu raka, który identyfikuje geny zaangażowane w raka, z różnymi bazami danych, które klasyfikują geny, które mamy wspólne z innymi gatunkami. Ten ostatni zestaw danych umożliwia biologom prześledzenie wieku genów. Każda korelacja, która istnieje między wiekiem genu a rakiem, będzie impulsem do modelu atawistycznego. „Łączenie dwóch zestawów danych nie było wcześniej wykonywane”, mówi Davies. „Ale jest to zasadniczo ćwiczenie eksploracji danych, które nie wymaga dużych pieniędzy i jest to coś, nad czym teraz pracujemy.”

Brendon Coventry, chirurg onkolog i immunoterapeuta z University of Adelaide w Australii, widzi wartość w fizykach pracujących z onkologami, aby połączyć istniejące dowody medyczne, aby spróbować zrozumieć pochodzenie raka. „Ogromne sumy pieniędzy i najzdolniejsze umysły nauk biologicznych i medycznych nie wywarły dużego wpływu na wojnę z rakiem, więc może nadszedł czas na nowy paradygmat”, mówi Coventry, dodając: „kosmolog może spojrzeć na komórkę jako na 'wewnętrzny wszechświat’, który można zbadać w nowy sposób.”

Więcej:

Paul Davies: fizyka może pomóc w walce z rakiem
13 kwietnia 2011

Interdyscyplinarne partnerstwa badawcze wyruszyły, aby odkryć fizykę raka
27 grudnia 2010