У каких животных существует иммунитет к раку

• 
  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.

Животные часто заставляют нас смущённо тупить взгляд, когда речь заходит об их необычных способностях. Но ничего страшного: если уж сравнивать нас с животными, надо не забывать, что наш разум заслуживает места в подобном списке, хотя до первого, может, и не дотягивает. Вы спрашиваете, что может быть круче высоких интеллектуальных возможностей? Тогда прочитайте этот список: странные и удивительные способности животных гарантированно привлекут ваше внимание.

10. Улитка-ниндзя (Borneo Hills Ninja Slug) из Калимантана


Вид Ibycus rachelae был открыт в горном лесу в штате Сабах (Sabah) Малайзии. Его представители являются полуслизнями (у них есть раковина, но её размеры не позволяют в ней спрятаться). Одной из отличительных характеристик является то, что хвост представителей вида в три раза больше длины тела. Когда хвост не используется, слизень оборачивает его вокруг себя, как это делают, например, кошки.

9. Иммунитет опоссумов


Самый известный защитный механизм североамериканских опоссумов - их склонность прикидываться мёртвыми в случае опасности. Такая защитная реакция называется танатоз, и хотя она достаточно эффективно работает от всех хищников кроме автомобилей, иногда и её не хватает для полного счастья. По этой причине в организме опоссумов развился протеин LTNF (Агент, нейтрализующий летальные токсины), благодаря которому на них не действует яд змей, пчёл и скорпионов. Работает протеин следующим образом: Когда протеин обнаруживает в организме яд, он активно находит очаги его распространения и нейтрализует их. Удивительно, но это сумчатое животное, обладает иммунитетом не только к яду местных змей, но и к яду змей с других континентов, с которыми у опоссумов никогда не было контакта.

Интересная заметка: Протеин LTNF был введён в организм крыс и, судя по всему, это предоставило иммунитет к ядам и подопытным грызунам.

8. Солнцезащитный кровавый пот гиппопотамов

Гиппопотамы - одни из самых опасных существ в Африке, но не это должно быть главной характеристикой этих удивительных существ. Интересные факты просто текут рекой, когда разговор заходит об этих полуводных громадинах. (К примеру, бегемоты умеют делать "какашечный вертолёт" своим хвостом.)

В качестве бонуса, вещество действует и как сильный антибиотик, предотвращая заражение открытых ран, часто получаемых бегемотами во время драк.

7. Летающая змея

Проживание на некоторых континентах заставляет столкнуться с жестокой реальностью: придётся мириться со странными и страшными животными. Пауки? Ну, ладно. Змеи? Угу. Крокодилы? Ничего страшного. Летающие змеи? Что? Нет!

В некоторых лесных регионах Юго-Восточной Азии можно неожиданно встретить извивающуюся, умеренно-ядовитую змею. Пролетающую мимо. Эти змеи могут совершать отчаянные прыжки с вершин деревьев, чтобы быстрее и безопаснее передвигаться. Самое странное, это то, что они могут планировать даже лучше, чем многие животные со специальными приспособлениями для этого (крылоподобными перепонками, например) - змея может пролететь около 100 метров.

5. Раки-щелкуны (Pistol Shrimp)

Если кто-то слышал о раке-щелкуне, то вы, наверняка, знаете о его клешне. При помощи резкого закрытия своей огромной клешни, животное выпускает пузырь способный оглушить и убить жертву. Само по себе это не звучит так уж интересно, пока не узнаёшь подробности об этом существе.

Тело рака-щелкуна в длину всего около 3-5 сантиметров, не самый страшный хищник в мире, правда? Но даже при таких размерах, они могут создавать кавитационные пузырьки, перемещающиеся со скоростью в 97 км/ч и издающие звук в 218 децибел. Чтоб вы лучше поняли - чтоб барабанная перепонка человека порвалась достаточно 160 децибел.

Уже интереснее, но это ещё не всё. Пузырь, созданный щелкуном, необычен: когда пузырь лопается, давление и температура пара, находящегося внутри него, повышается, за счёт чего этот газ рассеивается с большой скоростью в воде, создавая акустическую ударную волну, видимую невооружённым глазом (данный феномен называется звуколюминесценция). Хотя реакция проходит не слишком долго, температура газа может достигать около 4700 градусов Цельсия. Для сравнения, температура поверхности Солнца составляет около 5500 градусов.

Думаете жуку надо развернуться в сторону жертвы, чтобы совершить хороший выстрел? Отверстия желез могут вращаться на 250 градусов и могут даже быть направлены между лапок жука, чтобы он мог выстрелить прямо перед собой.

3. Мимический индонезийский осьминог (Thaumoctopus mimicus)

Осьминогам сложно выделиться среди своих собратьев способностью камуфлироваться. Все осьминоги умеют менять свой цвет - таким образом, они смешиваются с окружающей средой. Thaumoctopus mimicus (осьминог-подражатель) развил свой камуфляж ещё дальше - он может выдавать себя за других существ.

В зависимости от того, что его атакует, осьминог-подражатель выдаёт себя за соответствующего хищника. К примеру, за этим осьминогом наблюдали, когда его атаковала рыба-ласточка. Осьминог зарыл себя и шесть щупальцев в песок, а остальные два щупальца он развёл в разные стороны, имитируя движение морской змеи.

Осьминоги-подражатели также имитируют внешний вид и поведение таких видов как: рыба-лев, камбала, медуза, скат, раки-богомолы и актинии. Всего было замечено около 15 различных видов, которые может имитировать этот осьминог.

2. Самовосстанавливающийся аксолотль


Аксолотль - странное существо по нескольким причинам. Это неотенический представитель земноводных. Это значит, что они остаются в форме личинки даже после того, как становятся половозрелыми. Хотя они живут в воде, у аксолотля есть рудиментарные лёгкие, которыми он иногда вдыхает воздух на поверхности. У аксолотля также есть сверхъестественная способность к регенерации.

Такая же регенерация происходит и с не жизненно важными органами и даже частями мозга. За эти удивительные возможности самовосстановления аксолотль пристально исследуется в лабораториях по всему миру с целью передать эту возможность человеку.

Бессмертные медузы могут это делать вечно, что делает их единственным биологически бессмертным существом. Они должны, конечно, избегать хищников в стадии полипа, что физически невозможно, учитывая, что они не могут двигаться. Из-за этого, скорее всего, бессмертные медузы вряд ли могут оправдать своё название.

Поддержи Бугага.ру и поделись этим постом с друзьями! Спасибо, друг! :)

Ученые пришли к выводу, что онкология существует миллионы лет. Генетики рассказали, почему у наших предков был иммунитет к раку и что делать современным людям, чтобы защитить себя от рака.

Самым древним существом, умершим от рака кости на стопе, является гоминид, который жил примерно 1,8 миллиона лет назад. Ранее это была очень редкая болезнь, а в последнее время число онкобольных только растет.

Британские ученые связывают рост заболеваемости раком у современного человека с загрязнением окружающей среды, неправильным питанием и образом жизни. У наших предков подобных проблем еще не было.

А потому важно исключить опасные для организма факторы, в частности - курение и алкоголь, стрессовые ситуации и нарушения сна, избыточный вес и малоподвижный образ жизни. Полезным будет и своевеременный скрининг.

Названа причина смерти Марины Макаровой на 46 году жизни

Несущие тайну времён. О таинственных Камнях Ики

Мурашко: иммунитет к коронавирусу формируется у всех им переболевших

Врачи озвучили симптомы, которые могут указывать на раковую опухоль в кишечнике

Почему хочется плакать без причин

Врач-онколог раскрыл принимаемый за гастрит опасный для здоровья симптом

Верховный суд США отказал Трампу в неприкасаемости

Как начинался конфликт в Нагорном Карабахе

Подъём Тюркского каганата

Учёные определили новые причины старения

В РПЦ объяснили золотые купола и богатое убранство храмов

Как избавиться от пробок на миндалинах

В сети появилось фото, как Стас Пьеха коротко подстригся, но не побрился

Иммунолог объяснил, в каких случаях организм легче переносит коронавирус

Введите свой электронный адрес, после чего выберите любой удобный способ оплаты годовой подписки