Слоны не болеют раком

В организме слонов на порядки больше клеток, чем у людей. Но они крайне редко болеют раком. Этот факт весьма удивителен, поскольку злокачественные опухоли возникают в результате неправильного деления клеток, и чем клеток больше, тем, теоретически, выше вероятность развития онкологии.

Кроме того, слоны живут достаточно долго – 60-70 лет, а возраст повышает риск клеточных мутаций, сообщает The Washington Post.

Отсутствие корреляции между размерами организма и предрасположенностью к раку известно как Парадокс Пето. Британский эпидемиолог Ричард Пето подметил эту особенность еще в 1977 году. Ученый пришел к выводу, что онкология почему-то поражает разные виды животных избирательно – некоторые почти не подвержены ей, у других же такой иммунитет отсутствует.

Ученые тщательно изучают эти межвидовые различия, чтобы понять, как развивается рак и есть ли способы предотвратить его у людей.

Группа исследователей из Университета Юты под руководством онколога Джошуа Шиффмана выяснила, что у слонов есть 40 копий гена TP53, который подавляет деление клеток перед тем, как они начнут разрастаться. У людей и некоторых видов животных – только две копии. Эксперты предположили, что такая особенность дает слонам уникальную возможность прервать деление мутировавших клеток в самом начале.

Свойство TP53 бороться с измененными клетками до того, как они переродятся в раковые, было известно давно. Но до исследований Шиффмана никто не предполагал, что у кого-либо может быть аж сорок копий этого гена – это можно назвать уникальной эволюционной стратегией.

Ученые также нашли у слонов и другие антираковые механизмы. Клетки животных иначе реагируют на вещества, повреждающие ДНК. Вместо того, чтобы попытаться восстановиться, они просто погибают. С точки зрения развития онкологии это гораздо более безопасный подход – клетки, пытающиеся исцелить себя, с большой вероятностью мутируют и становятся злокачественными. Группа Шиффмана определила три гена, которые отвечают за этот процесс.

Отметим, что слоны – не единственные животные, которых рак обходит стороной. В группу пониженного риска также входят голые землекопы, серые белки, лошади, киты и летучие мыши.

Конечная цель этих исследований – разработка новых способов борьбы с раковыми заболеваниями у людей. Возможно, это будут генная терапия, генная инженерия или фармакология. Ученые уже тестируют, способна ли гиалуроновая кислота голых землекопов предотвращать рак у других животных. Другие противораковые стратегии нуждаются в дальнейшем изучении, но, по словам Шиффера, потенциал явно есть.

Слоны и прочие крупные животные крайне редко болеют онкологическими заболеваниями. Это натолкнуло учёных на мысль о том, что они обладают неким защитным механизмом, защищающим их от данного заболевания. Вот только что это за механизм, не было понятно до недавнего времени. Новое исследование впервые приоткрыло завесу тайны и позволило найти ответ на интересующий науку вопрос. Оказалось, что защищённость слонов от онкологических заболеваний кроется в их уникальном геноме.

На самом деле слоны и другие крупные млекопитающие развили в себе механизмы защиты от онкологических заболеваний. В 2015 году Джошуа Шиффман из Медицинского университета штата Юта и Карло Малей из Аризонского государственного университета возглавили исследование, которое должно ответить на этот важный вопрос. Оказалось, что в геноме слонов содержатся 20 дополнительных дубликатов гена-супрессора p53, подавляющего развитие опухолей. Но защитный механизм от этой смертельно опасной болезни не ограничивается исключительно дополнительными копиями генов.

Новое исследование под руководством генетика Винсента Линча из Чикагского университета дополнило открытие, сделанное два года назад. Оказалось, что геном слонов, а также некоторых других животных содержит также дубликаты LIF-гена, кодирующего фактор ингибирования лейкемии, а также участвующего в фертильности, размножении и стимулирующего рост эмбриональных клеток. Чтобы исключить взаимосвязь этих двух отклонений, учёный изучил клетки и пришёл к выводу, что LIF-гены обладают некоторыми нарушениями, не дающими им выполнять свои функции должным образом, зато они имеют нечто общее с генами p53.

В современных же слонах древние псевдогены эволюционировали в жизнеспособные гены LIF6. А они, в свою очередь, попросту не накапливают в себе вредоносные мутации, приводящие в итоге к раку, попросту бракуя раковые клетки на ранних стадиях. Таким образом, LIF6 подавляет рак, а дополнительные копии этого гена убивают вредоносные клетки в том случае, если они вдруг активизируются. А ген p53 контролирует работу LIF, тем самым приводя всю защитную систему в баланс. Часть дубликатов этих генов отвечают за фертильность животных и их размножение, а оставшаяся часть в это же самое время борется с раковыми клетками. Подобное разделение функций учёных очень удивило.

Теперь учёные всерьёз задумались, что защищает от онкологии китов, ведь у тех нет дополнительных копий гена p53. Вполне вероятно, что их от заболевания защищает совершенно другой генетический механизм, но над решением этой загадки им ещё предстоит немало работать. Исследователи уверены в том, что решение подобных загадок природы откроет им дверь к тому, чтобы суметь победить онкологические заболевания в случае с людьми. Однако пока никто не берётся сказать – как именно и когда это произойдёт.

Практически во всех уголках нашей планеты живут лягушки — земноводные создания с выпученными глазами, лишенные хвоста. На сегодняшний день ученым известно о существовании около 2500 разновидностей лягушек, которые отличаются друг от друга размерами, образом жизни и цветом кожи. В природе довольно много лягушек желтого, красного и даже синего цвета, но большинство из них окрашены в […]

Около 66 миллионов лет назад, вместе с огромными тираннозаврами и диплодоками, по нашей планете бегали крошечные альваресзавриды (Alvarezsauridae). Речь идет о семействе небольших динозавров, тела которых были покрыты перьями и достигали всего лишь 3-метровой длины. У этих созданий была очень заметная и в какой-то мере нелепая особенность — на их передних лапах было только по […]

Чтобы определить возраст человека, достаточно посмотреть на его лицо. Если кожа покрыта морщинами, а на волосах образовалась седина — значит, возраст человека явно больше 30 лет. Ученые уже давно заметили, что шерсть на теле и голове обезьян шимпанзе тоже седеет. Они предполагали, что волосяной покров наших ближайших родственников тоже становится светлым из-за возраста, но этому […]

1639
1,3
0
1

У больших животных повышен риск рака, поэтому эволюционно возникла необходимость в защитных механизмах.

коллаж автора статьи, составленный на основе изображений с сайта depositphotos.com

Артем Кабанов

Андрей Панов

Биология
Онкология

Риск онкологических заболеваний дамокловым мечом висит над многоклеточными организмами на протяжении всей их эволюции. Любая клетка может приобрести мутации, которые помогут ей выйти из-под контроля и дать начало злокачественной опухоли. Особенно остро эта проблема стоит перед большими животными — ведь в их организме больше клеток, выше и вероятность генетических ошибок. В этой статье мы поговорим о парадоксе Пето, а также о том, чему современные онкологи могут поучиться у слонов, китов и некоторых других млекопитающих.

Возможно, по отношению к отдельным клеткам это и жестоко. Но благодаря слаженной работе системы в целом организм довольно неплохо функционирует, приспосабливается к окружающей среде и даже успевает получать от жизни удовольствие.

Впрочем, как некогда заметил великий классик Иван Андреевич Крылов, в семье не без урода. В организме регулярно появляются клетки с генетическими дефектами. Многие из них становятся жертвой апоптоза, но некоторые таки выживают и начинают работать вне системы. По сути, в организме появляется одноклеточный паразит: он не считается с интересами соседей, смеется над регуляторными механизмами, успешно обманывает иммунную систему . Он быстро размножается и создает колонию себе подобных. С этой проблемой сталкиваются все многоклеточные организмы, и эволюционно они вынуждены были выработать некоторые механизмы защиты [1].

Размер не имеет значения?

Логично предположить, что частота мутаций должна увеличиваться пропорционально размерам тела животного (больше размер — больше клеток — чаще ошибки) и продолжительности жизни. Но на практике такой корреляции не наблюдается [5].

У человека в 1000 раз больше клеток, чем у мыши…и мы обычно живем минимум в 30 раз дольше, чем мыши. Один организм должен подвергаться риску карциномы в 30 раз больше, чем другой, и это дало бы 30 4 или 30 6 -кратный (то есть миллионы и миллиарды) риск злокачественного перерождения каждой эпителиальной клетки. Однако, похоже, вероятность возникновения карцином у мышей и у людей существенно не различается… Это биологически неправдоподобно; если человеческая ДНК не более устойчива к мутагенезу in vitro, чем ДНК мыши, почему мы не умираем от множественных карцином в пожилом возрасте?

Richard Peto
Epidemiology, multistage models, and short-term mutagenicity tests [6]

Не менее странные закономерности можно обнаружить, если сравнивать человека с более крупными животными. Некоторые из них, например, слоны, страдают раком очень редко [7].

Рисунок 1. Суть парадокса Пето. Сплошная красная линия показывает, как должен расти риск рака в зависимости от продолжительности жизни и размеров тела животного. Пунктирная красная линия демонстрирует ожидаемую частоту рака. Синяя линия показывает, что на самом деле никакой корреляции не обнаруживается. Риск рака у человека в течение жизни составляет 11–25%, практически столько же — у мыши. У слона он намного ниже — всего 5%. Утконосые динозавры весили примерно как слоны, но они, видимо, были более восприимчивы к онкологическим заболеваниям и имели более короткую продолжительность жизни.

Парадокс Пето представляет огромный интерес для онкологов. Знания о том, как крупные животные защищаются от рака, могут помочь в лечении и профилактике онкологических заболеваний у человека.

Не существует одного решения

Эволюция любит большие размеры: на протяжении многих миллионов лет она не раз создавала гигантов [11]. Великаны животного мира имеют много преимуществ: они успешнее защищаются от хищников, побеждают в битвах за половых партнеров, отбивают ресурсы у конкурентов, противостоят изменениям климата. Большие размеры тела независимо возникали в 10 из 11 отрядов млекопитающих [12], [13]. Существует даже специальный термин, который обозначает тенденцию к увеличению массы и роста — правило Коупа [11], [13].

Рисунок 2. Механизмы влияния низкой скорости метаболизма на риск онкологических заболеваний

Если это предположение верно, то парадокса Пето не существует. Крупные животные могут болеть раком чаще, чем мелкие, но для них это не смертельно, благодаря гиперопухолям [5], [17]. Гипотеза гиперопухоли нуждается в экспериментальной проверке, пока еще не совсем понятно, может ли такое происходить в реальности, и если может — каким образом [26].

Впрочем, некоторые защитные механизмы голиафов животного мира ученым всё же известны.

Сорок стражей генома

Рисунок 3. Роль белка p53 в остановке размножения клеток (а) и апоптозе (б)

В клетках человека ген TP53 представлен одной копией или двумя аллелями. Утрата хотя бы одного из них приводит к синдрому Ли-Фраумени. У людей с таким дефектом сильно повышен риск развития злокачественных опухолей: вероятность получить онкологическое заболевание в течение жизни составляет более 90% [20].

В итоге слоновьи клетки с поврежденной ДНК в два раза сильнее склонны к апоптозу, чем клетки человека. Интересно, что эти животные пошли не по пути восстановления ДНК, а по пути p53-зависимого апоптоза. Возможно, именно этот механизм обеспечивает шансы заболеть раком в течение жизни менее 5%, в то время как у человека они составляют 11–25% [20]. Ну и кто тут теперь венец природы?

Вероятно, геном слонов таит и другие интересные особенности. Более активный апоптотический ответ, конечно, защищает от злокачественных опухолей, но он грозит потерей стволовых клеток, ранним старением. Нужны механизмы, которые помогали бы справиться с этой проблемой [18], [22].

Репарация по-гренландски

Слоны — самые крупные наземные животные в современном мире. Но им с их тремя тоннами не сравниться с абсолютными рекордсменами среди всех млекопитающих — китами. Так, гренландские киты в среднем весят сто тонн и могут жить до 211 лет . Такой размах требует более надежной противоопухолевой защиты. Однако секвенирование генома не выявило у морских гигантов дополнительных копий TP53 [22].

Механизмы противоопухолевой защиты у китообразных пока еще остаются загадкой, но кое-что уже известно, и есть некоторые предположения. Сравнительные геномные и транскриптомные исследования выявили у гренландского кита положительный отбор некоторых генов, влияющих на риск рака и процесс старения, а также специфические изменения в экспрессии генов, в частности, связанных с сигнальными путями инсулина.

Так, обнаружили положительный отбор генов ERCC1 (кодирует фермент, участвующий в эксцизионной репарации ДНК путем удаления нуклеотидов) и UCP1 (кодирует термогенин — разобщающий белок, который присутствует в митохондриях бурой жировой ткани и участвует в продукции тепла у маленьких детей и животных, впадающих в спячку), а также дублирование гена PCNA, кодирующего ядерный антиген пролиферирующих клеток, который повышает процессивность (способность осуществлять химические реакции) репарационной ДНК-полимеразы дельта.

Напрашивается вывод о том, что в клетках гренландского кита работают мощные механизмы репарации ДНК. Возможно, именно они защищают самое крупное млекопитающее от рака. В дополнительных копиях TP53 попросту нет необходимости. Но пока это лишь предположения [22].

Мышиная жизнь утконосых динозавров

Онкологические заболевания — не самая большая проблема, с которой приходится сталкиваться мелким животным. Они чаще погибают в зубах хищников, из-за наводнений и прочих прихотей природы. Лишь везунчики доживают до преклонного по мышиным меркам возраста, когда, наконец, можно заболеть раком. Эволюция решила, что мощные механизмы противоопухолевой защиты таким животным не нужны. Их организм тратит энергию и ресурсы на другие процессы [13].

То ли дело крупные животные — те же слоны. Они медленно растут, нескоро достигают половой зрелости и оставляют не так много потомков — а ведь их еще нужно вырастить и защитить от хищников. С соперниками наиболее успешно конкурируют самые крупные особи, а до таких размеров еще надо дорасти, на что уходят десятилетия. В этих условиях развитие механизмов противоопухолевой защиты приобретает особое значение.

Но обратимся к другим крупным животным — динозаврам. Известно, что потомки гигантских ящеров — птицы — страдают раком, а значит, с аналогичной проблемой сталкивались и далекие прапрадедушки из мезозоя. Это подтверждается палеонтологическими находками. Например, в позвонках эдмонтозавров, относящихся к группе утконосых динозавров (гадрозавров), обнаружили признаки гемангиомы, метастатического рака, десмопластической фибромы и остеобластомы. При этом ученые не отрицают семейный характер онкологических заболеваний у гигантских ящеров, влияние наследственной предрасположенности и генетических мутаций [13], [24].

Непраздный интерес

Ученые исследуют механизмы противоопухолевой защиты у разных животных отнюдь не из пустого любопытства. Онкологические заболевания ежегодно убивают миллионы людей. За последние десятилетия технологии шагнули далеко вперед, но до полной победы над раком пока еще очень далеко — если она вообще возможна .

Защитные механизмы животных потенциально можно воспроизвести на людях. Это открывает возможности для создания новых лекарств, которые помогут в лечении и профилактике рака.

Нам есть чему поучиться не только у гигантов. На рисунке 4 показаны животные, которые наиболее успешно защищаются от рака, и молекулярные механизмы, которые, возможно, в будущем найдут применение в клинической практике.

Рисунок 4. Механизмы противоопухолевой защиты у разных млекопитающих и возможное их практическое применение. Сокращения: HMM-HA — высокомолекулярная гиалуроновая кислота, которая активирует синтез Arf; IFNβ — интерферон-β; CCD — согласованная гибель клеток, опосредованная интерфероном; GH–IGF1 — сигнальный путь гормон роста — инсулиноподобный фактор роста 1; miRNAs — микроРНК.

Хоть человек и считает себя венцом природы, но мы с братьями нашими меньшими во многом похожи. Например, нас часто поражают одинаковые недуги – гастрит, цистит, стоматит, туберкулез, рак. Да-да, онкология встречается и у зверей, причем, довольно часто.

Какие животные чаще всего болеют раком

По словам нашего эксперта, онкология не лидирует, но входит в ТОП-10 звериных болезней, примерно 20% от общего числа хвостатых пациентов.

Чаще всего болеют раком грызуны. В домашнем содержании, когда не нужно заботиться о жилье, еде и защите от конкурентных особей, их иммунитет не способен бороться со злокачественными клетками в полную силу. Кроме того, грызуны и в целом-то живут недолго: среднестатистическая белая мышка в три года уже - дряхлая развалина. Вот почему эти животные редко заканчивают жизнь от старости. Обычно на закате дней они буквально обрастают опухолями и сгорают за считанные недели.

На втором месте в рейтинге раковых животных стоят кошки, а замыкают тройку лидеров – собаки.

- Вообще, картину заболеваемости может сильно искажать мода на животных. Например, несколько лет назад были популярны бойцовские породы псов, а сейчас предпочитают миниатюрных декоративных собачек. При этом кошек в целом заводят чаще, чем других питомцев, значит, и обращаться с ними по поводу онкологии будут объективно чаще, - поясняет Наталья Мезенцева .

Чем рак животных отличается от человеческого

У животных очень редко бывает гормонозависимый рак. Это значит, что выполняя, например, операцию по удалению опухоли молочной железы у кошки, нет никакого смысла профилактически вырезать зверюшке и яичники – в части онкологии эти органы репродуктивной системы не имеют гормональной связи. У собак есть гормонозависимые ткани молочной железы, но гормонозависимый рак тоже – большая редкость.

Отличаются раковые опухоли и на клеточном уровне – не зря медицинские и ветеринарные гистологи один и тот же клеточный материал часто интерпретируют по-разному.

А вот в чем животный и человеческий рак однозначно похожи, так в том, что болезнь в последние годы явно молодеет. И люди и звери стали чаще болеть в активном репродуктивном возрасте. Почему – ученые пока не нашли ответа на этот вопрос.

Каким видам рака подвержены животные

На первом месте – рак молочной железы. Далее идут вирусообусловленные лимфомы и злокачественные опухоли опорно-двигательного аппарата – различные саркомы.

Как и почему болеют онкологией животные Фото: Юлия СОЛНЦЕВА

Почему у животных возникает рак

Выделяют три основных причины рака у животных. Травмы, ушибы вызывают остеосаркомы. Такие заболевания, как иммунодефицит и вирусный лейкоз, часто приводят к лимфомам внутренних органов. Генетические мутации становятся причиной таких опухолей, как тимомы , мастоцитомы кожи, костно-хрящевые остеохондромы, опухоли нервных тканей и оболочек.

Может ли стресс стать причиной рака у животных

Еще как может. Особенно, это касается кошек.

- Кошка, в принципе, существо очень тонкой душевной организации, такая себе хрустальная ваза в мире животных. Когда она испытывает сильнейший стресс, вы можете даже не подозревать, что с ней происходит – внешне она, как правило, будет олимпийски спокойна и невозмутима, - делится наблюдениями Наталья Мезенцева.

В качестве реакции на сильный стресс у кошек часто (в 60% случаев) развивается идиопатический цистит – воспаление стенки мочевого пузыря, сопровождающееся кровотечением. На фоне стресса под воздействием кортизола и адреналина изменяется проницаемость оболочки мочевого пузыря, и она начинает кровоточить.

Как понять, что у животного рак

- Животные очень терпеливы по своей природе. По этой причине симптомы часто пропускаются хозяевами, а к специалистам обращаются уже, когда болезнь перешла в метастатическую стадию и опухоль легко прощупывается руками, - говорит эксперт.

Ветеринарные врачи настоятельно рекомендуют не игнорировать такие симптомы, как длительный отказ от еды, истощение, не проходящие в течение несколько дней, кашель и хрипы, снижение эстетических параметров шерсти (тусклость, проплешины или колтуны), физической активности.

- Если питомец не выходит встречать вас, не играет, прячется в темные места – это серьезный повод для беспокойства! – говорит эксперт

Как специалисты диагностируют рак у животных

Для начала достаточно простой консультации ветеринарного врача. Мастоцитомы кожи, венерические саркомы, плоскоклеточный рак слизистой рта специалист может прощупать руками или увидеть глазами. Кстати, по этой причине у короткошерстых и лысых животных рак чаще выявляется на ранних стадиях, чем у их лохматых собратьев.

Делается животным и УЗИ внутренних органов, КТ (компьютерная томография), МРТ (магнитно-резонансная томография) – при наличии в клинике необходимого оборудования. Из лабораторных методов диагностики проводится цитология и гистология клеточного материала – в крупных ветцентрах для этого есть все необходимое оборудование, а ветеринарные врачи обучены правилам забора биоматериала методом тонкоигольной биопсии.

Как лечат рак у животных

Также как и у людей. Хирургическое лечение проводится под общим наркозом (внутривенный, газовый и эпидуральная анестезия). Если в ветклинике предлагают по-быстрому провести вашему питомцу операцию под местным обезболиванием, то стоит всерьез задуматься о качестве предоставляемых здесь услуг, предупреждают эксперты.

В среднем операции длятся от 40 минут до полутора часов. Восстанавливается животное после хирургического вмешательства 1-2 недели.

Как и почему болеют онкологией животные Фото: Юлия СОЛНЦЕВА

Лучевое лечение животным тоже проводится, правда, крайне редко - в России есть всего 2-3 центра, оказывающих подобные услуги. Для радиотерапии используются обычное лучевое оборудование – никаких специальных аппаратов для животных не существует. Четвероногому пациенту дают гипнотики, которые не вводят в глубокий наркоз, а лишь кратковременно отключают сознание, и он лежит неподвижно на протяжении всей процедуры.

- Кстати, попасть иголкой в вены -ниточки животных – настоящее искусство, у них они намного тоньше даже, чем у детей, - пояснила Наталья Мезенцева.

И еще: удивительно, но шерсть после химии у животных не выпадает в отличие от волос у людей, когда это происходит почти в 99% случаев!

Сколько стоит лечение

Ветеринария не входит в зону обязательного медицинского страхования, все услуги там платные. Например, курс хирургического лечения рака у животных в Барнауле может стоить от 1500 до 15 000 рублей. Курс химиотерапии рассчитывается без учета противоопухолевых препаратов (их хозяева покупают сами), в стоимость, как правило включаются препараты для паллиативной помощи – электролиты, противорвотные, метаболики.

Разбег цен зависит от объема работ, качества расходных материалов, состава ассистентской бригады, наличия стационара временного пребывания. Впрочем, эксперты советуют при выборе ветеринарного врача для своего пациента ориентироваться в первую очередь на профессиональную репутацию специалиста и отзывы клиентов.

- Цена не должна быть главным критерием выбора, ведь дорого, равно как и дешево, может в итоге оказаться одинаково плохо, - говорит Наталья Мезенцева.

Как часто животные умирают от рака

Существует ли паллиативная помощь для четвероногих

В основе работы любого Айболита, как и человеческих врачей, лежит принцип гуманности.

- Тяжелобольным животным мы назначаем обезболивающие или лекарства, снижающие стрессовую нагрузку, оптимизируем режим питания, чтобы хоть как-то улучшить их качество жизни, - говорит Наталья Мезенцева.

Какие обследования нужно проводить питомцу

Это зависит от продолжительности жизни животного, ведь рак чаще развивается в пожилом возрасте. Для крупных собак часто 9 лет - уже возрастной предел, а вот маленькие собачки могут доживать и до 20 лет. Средняя продолжительность жизни кошек - 15 лет.

В перечень обследований входит визуальный осмотр, на котором врач может выявить, в том числе, и предпосылки для развития онкопатологий. Из инструментальных исследований стоит пройти УЗИ внутренних органов, рентгенографию легких.

Кстати

Можно ли заразиться раком от мясных пород животных, болеющих раком, - птицы, свинины, говядины?