Zakaźne nowotwory
Każda komórka w ludzkim ciele może podzielić się określoną liczbę razy, po czym przystępuje do apoptozy, czyli programowanej śmierci. Maksymalna liczba podziałów jest określana jako limit Hayflicka i zależy od rodzaju komórki oraz organizmu, z którego pochodzi. Istnieją jednak dwa rodzaje komórek oszukujących zegar biologiczny. Pierwszy to komórki macierzyste. Dzięki ich podziałom „zużyte” komórki różnych tkanek są zastępowane nowymi. Drugi rodzaj stanowią komórki nowotworowe, które wskutek zachodzących w ich DNA mutacji zamiast obumierać, namnażają się w niekontrolowany sposób i rujnują zdrowie organizmu. Wyrwane spod kontroli cyklu komórkowego sieją zamęt i spustoszenie. Jak bardzo różnią się od zdrowych, można zaobserwować pod mikroskopem – ich kształt staje się nieregularny, zwiększa się objętość cytoplazmy (ciało komórki) i rozmiar jąder komórkowych. Co gorsza, niejednokrotnie wędrują do innych części ciała, powodując proces zwany przerzutowaniem (metastaza).
Oprócz tego niezwykle istotną cechą komórek nowotworowych jest ich zdolność do oszukiwania układu immunologicznego. Opracowały one bowiem specjalne mechanizmy, pozwalające im ukryć się przed komórkami odpornościowymi.
Diabelski nowotwór
Zachorowalność na nowotwory do tej pory wydawała się kwestią bardzo indywidualną, na którą wpływ miały czynniki genetyczne bądź środowiskowe. Nie myślano o nowotworach jak o chorobach, którymi można się zarazić, bo pochodziły nie z zewnątrz (jak mikroorganizmy), ale z własnego ciała. Okazało się jednak, że wadliwe komórki powstałe w organizmie jednego osobnika mogą stanowić śmiertelne zagrożenie dla innych przedstawicieli tego samego gatunku oraz że komórki rakowe mogą zachowywać się jak organizmy pasożytnicze. Występowanie tego fenomenu wykryto m.in. u mięsożernego torbacza – diabła tasmańskiego.
Pierwszy opis choroby nękającej populację diabła tasmańskiego pojawił się w 1996 r. Dziś znana jest ona jako rak pyska diabła (ang. devil facial tumour disease, DFTD). Na pysku chorych osobników pojawiają się guzy i znamiona, które w miarę wzrostu uniemożliwiają zwierzętom spożywanie pokarmu i doprowadzają je do śmierci głodowej zazwyczaj w ciągu 12–18 mies. Choroba tak drastycznie zmniejszyła populację gatunku, że od 2009 r. otrzymał status zagrożonego wyginięciem. Obecnie na świecie żyje jakieś 25 tys. osobników. Ze względu na sposób rozprzestrzeniania się choroby przez długie lata uważano, że wywołuje ją wirus. Przełom pojawił się w 2005 r., kiedy to wyizolowane z guzów komórki namnożono w laboratorium i poddano analizom.
Zbuntowane lemocyty
Okazało się, że komórki nowotworowe wyizolowane od różnych osobników są identyczne genetycznie. Na dodatek miały tylko 13 chromosomów, chociaż niezmienione komórki diabłów tasmańskich zawierają ich po 14. Dalsze analizy wykazały, że po raz pierwszy pojawiły się u diabła żyjącego jakieś 20 lat wcześniej i z nieznanej przyczyny nauczyły się infekować inne osobniki. Stały się niczym pasożyty poszukujące żywicieli, którzy dostarczają im nie tylko substancji potrzebnych do wzrostu, ale i dają szansę na dalsze rozprzestrzenianie się. Udowodniono, że nowotwór szerzy się poprzez pogryzienia, które u diabłów zdarzają się niezwykle często – towarzyszą one walce o terytorium i kopulacji. Nadal jednak nie było wiadomo, który rodzaj komórek dał początek nieśmiertelnym komórkom raka pyska. Dlatego w kolejnych badaniach skupiono się na charakterystycznych białkach produkowanych przez komórki nowotworu. Okazało się, że skład białkowy jest bardzo podobny do występującego w komórkach Schwanna (lemocyty). Jest to wyspecjalizowany rodzaj komórek glejowych, które osłaniają i odżywiają neurony. W komórkach nowotworowych wykryto m.in. periaksynę, stabilizującą strukturę tworzonej przez lemocyty osłonki. Co więcej, znaleziono w nich mutacje w obrębie tzw. ścieżki sygnałowej Hippo, która ma związek z powstawaniem nowotworów komórek układu nerwowego u ludzi.
Psi pasożyt komórkowy
Mięsak Stickera (ang. canine transmissible venereal tumor, CTVT) to, podobnie jak DFTD, nowotwór przenoszący się z jednego osobnika na drugiego niczym infekcja. Nie dotyczy jednak diabłów tasmańskich, lecz naszych psich pupili. Co więcej, ten podstępny rak jest najprawdopodobniej najstarszym nowotworem znanym nauce. Na podstawie analiz DNA badacze oszacowali, że pojawił się po raz pierwszy u wilka bądź psa należącego do jednej ze starych azjatyckich ras (husky lub shih tzu) 200–2500 lat temu i jego charakterystyka genetyczna się nie zmieniła.
Długowieczność CTVT zyskał dzięki sposobowi infekowania kolejnych „gospodarzy” – komórki nowotworowe przenoszą się z jednego osobnika na drugiego w trakcie kontaktów seksualnych, kąsania i lizania miejsc zmienionych chorobowo. Rozpowszechnianiu choroby sprzyja także wysoki odsetek bezpańskich zwierząt na danym terenie. U chorych psów na narządach płciowych (prącie, pochwa i wargi sromowe) powoduje wzrost kalafiorowatych narośli, których średnica może osiągnąć nawet 10 cm. Na szczęście nowotwór jest bardzo wrażliwy na chemioterapię, a guzy stopniowo zanikają po upływie 3–9 miesięcy. Co istotne, wyleczone psy wykazują odporność na kolejne zakażenia.
Naukowcy wciąż próbują znaleźć odpowiedź na pytanie, z jakiej komórki wyjściowej rozwinął się CTVT. Sugerują, że jego protoplastą mogła być komórka układu immunologicznego, najprawdopodobniej makrofag. Główną rolą makrofagów w warunkach fizjologicznych jest niszczenie mikroorganizmów i obumarłych komórek. Wykazano, że CTVT posiada 57–64 chromosomów, podczas gdy w zdrowych komórkach psiego organizmu występuje ich najczęściej 78. W DNA komórek CTVT występuje też ok. 2 mln mutacji.
Neoplazja u małżów
Małgiew piaskołaz należy do największych małżów spotykanych w wodach Bałtyku – osiąga rozmiary 6–8 cm. Jej muszla, początkowo ciemnobrązowa, pod wpływem warunków zewnętrznych staje się jasnobiała, dlatego łatwo ją dostrzec w przybrzeżnym piasku. Choć małgiew jest gatunkiem pospolitym, od kilku lat znajduje się w centrum zainteresowania wielu badaczy na całym świecie, w tym w Polsce. Układ krwionośny małżów jest otwarty, co znaczy, że płyn ustrojowy nie krąży w obrębie naczyń (żył i tętnic), tylko wypełnia przestrzenie między narządami. Ponadto u organizmów tych obecna jest nie krew, ale jej odmiana – hemolimfa. Występujące w niej komórki – hemocyty – biorą udział w regulacji wielu funkcji życiowych mięczaka, m.in. usuwaniu toksyn, transporcie substancji odżywczych i ochronie przed patogennymi mikroorganizmami.
Badania przeprowadzone w latach 70. ub.w. wykazały, że nietypowy układ krwionośny małżów pada ofiarą tajemniczej choroby. Analizie poddano wówczas rejony wybrzeża Ameryki Północnej, gdzie zaobserwowano gwałtowny spadek liczebności małgwi. Chore osobniki charakteryzowały się nowotworowymi zmianami w hemocytach. Komórki te, szybko się dzieląc, wypierały zdrowe hemocyty, przez co doprowadzały do śmierci mięczaka, uwolnienia komórek nowotworowych do wody i infekcji kolejnych osobników. Co więcej, komórki nowotworowe były identyczne pod względem genetycznym u małżów żyjących w odległości setek kilometrów. Oszacowano też, że w wodzie mogą one przetrwać nawet do 6 godz. Z biegiem lat pojawiało się coraz więcej doniesień naukowych, iż w rozwój przypominającej białaczkę neoplazji u małżów mogą być zaangażowane takie czynniki jak zanieczyszczenie wód i zbyt wysoka ich temperatura. Co więcej, udowodniono, że zakażenie może występować pomiędzy przedstawicielami nie tylko małgwi, ale i innych gatunków. Neoplazję potwierdzono też u zamieszkujących wody Bałtyku omułka jadalnego i rogowca bałtyckiego. Naukowcy z Uniwersytetu Gdańskiego prowadzą badania nad układem immunologicznym chorych małżów i tym, czy występowanie neoplazji ma związek z zanieczyszczaniem wód Zatoki Gdańskiej. Istnieją też teorie, że na rozprzestrzenianie się komórek nowotworowych na większe odległości niebagatelny wpływ ma światowa intensyfikacja gospodarki morskiej.
Mechanizm inwazji
W jaki sposób zakaźnym nowotworom udaje się skolonizować organizm gospodarza i oszukać jego układ odpornościowy? W przypadku izolowanej i stosunkowo nielicznej populacji diabła tasmańskiego, u którego obserwuje się niskie zróżnicowanie w obrębie genów zgodności tkankowej (MHC, patrz ramka), DFTD ma ułatwione zadanie. Okazało się również, że komórki nowotworowe obniżają produkcję własnych powierzchniowych białek MHC, aby ukryć się przed układem odpornościowym. Teoretycznie powinny być natychmiast odnalezione i unieszkodliwione przez komórki NK, ale z niewyjaśnionych przyczyn mechanizm ten u diabłów tasmańskich zawodzi. W komórkach atakującego psy CTVT również obserwuje się ograniczoną zdolność do wydajnej syntezy MHC. Co więcej, komórki nowotworu wydzielają związki o charakterze immunosupresyjnym, zmniejszające aktywność układu odpornościowego. U małżów cząsteczki MHC nie występują. Nadal jednak trwają badania mające stwierdzić, czy posiadają one analogiczny system umożliwiający im detekcję i eliminację obcych antygenów.
Diabłom na ratunek
Według najnowszych szacunków tasmańska populacja diabłów liczy obecnie ok. 25 tys. osobników. Dlatego tak istotne jest zadbanie o ich dobrostan. Obliczono, że uratowanie diabła tasmańskiego od wyginięcia będzie kosztować 11 mln dol. Australijczycy robią, co mogą, aby symbol Tasmanii przetrwał. Jednym ze sposób ochrony ma być podawanie szczepionki wyprodukowanej z martwych komórek DFTD zdrowym osobnikom. Niestety, ciężko określić efektywność tego rozwiązania ze względu na problemy z ponownym odłowieniem żyjących na wolności zaszczepionych zwierząt. Alternatywną metodą ma być leczenie chorych diabłów. W 2017 r. w wyniku połączenia szczepionki i immunoterapii do zdrowia wróciło 3 z 6 chorych na DFTD zwierząt. Naukowcy obserwują też, że organizm diabłów powoli uczy się walczyć z nowotworem. Odnotowano bowiem przypadki całkowitego wyzdrowienia bez jakiejkolwiek interwencji terapeutycznej.
Epidemia nowotworu
Nowotwory o charakterze zakaźnym wciąż stanowią pewną biologiczną osobliwość. Czy infekcja tego typu jest możliwa u ludzi? Ciągle nie wiadomo. Zgromadzone do tej pory dowody wykazały możliwość przeniesienia choroby nowotworowej z matki na rozwijający się płód. W 1996 r. odnotowano też przypadek chirurga, który w czasie zabiegu zakłuł dłoń narzędziem z obecnymi na nim komórkami nowotworowymi pacjenta. Skaleczone miejsce nie tylko spuchło, ale i namnażały się w nim chore komórki. Zmienione tkanki wycięto i nie zaobserwowano późniejszego nawrotu.
Istnieją też, choć nieliczne, doniesienia o możliwości zakażenia nowotworem podczas transplantacji narządu od chorego dawcy. Najprawdopodobniej za zjawisko to odpowiada osłabiony lekami supresyjnymi organizm biorcy, który nie rozpoznał i nie unieszkodliwił chorych komórek. Leki te są natomiast niezbędne, aby zapobiec odrzuceniu przeszczepu. Prawdopodobieństwo, iż nowotworowe komórki allogeniczne (od innego dawcy) przeżyją w organizmie człowieka z prawidłowo funkcjonującym układem odpornościowym, jest zatem znikome.
***
Pierwszy trop
W 1945 r. na łamach prestiżowego czasopisma „Nature” ukazał się rewolucyjny artykuł opisujący pewną naukową osobliwość. Otóż zaobserwowano, że przypominający białaczkę mięsak siateczkowy przenosi się niczym infekcja z chorych chomików syryjskich na zdrowe. W późniejszych badaniach wykazano, że komórki różniły się pod względem genetycznym od komórek gospodarza, co sugerowało, że nowotwór ma charakter zakaźny.
***
Klasy MHC
Wśród cząsteczek MHC wyróżniamy dwa główne typy: MHC klasy pierwszej oraz drugiej. MHC I występują na wszystkich komórkach organizmu, a MHC II – na komórkach zdolnych do prezentacji antygenu (m.in. makrofagi, limfocyty B i komórki dendrytyczne).
***
MHC a nowotwory
Białka głównego układu zgodności tkankowej (MHC) występują m.in. na powierzchni limfocytów B, wykorzystujących MHC do prezentacji antygenów – fragmentów intruza – którymi mogą być pochodzące od wirusa lub bakterii białka, DNA czy lipidy. Wówczas zostają zidentyfikowane przez limfocyty T, co uruchamia produkcję przeciwciał. Co ważne, olbrzymie znaczenie ma zmienność genetyczna w obrębie genów MHC. Umożliwia ona produkcję różnych wariantów MHC, a co za tym idzie – prezentowania wielu rodzajów antygenów. Cząsteczki MHC występują też na powierzchni komórek budujących tkanki i narządy. Jeśli limfocyt T uzna cząsteczkę MHC za obcą, komórka natychmiast jest eliminowana z organizmu. Sytuacja taka zdarza się m.in. w trakcie odrzucenia przeszczepu.
Krzyżowanie osobników blisko spokrewnionych zmniejsza zmienność w obrębie genów MHC, w konsekwencji obniżając odporność u potomstwa. Jak się jednak okazało, ewolucja nie pozostawiła tego zjawiska przypadkowi – wiadomo, że im większe różnice w MHC pomiędzy osobnikami, tym chętniej dobierają się one w pary. Niestety, w rzeczywistości często to nie natura, ale człowiek decyduje o dobieraniu się zwierząt. W hodowli m.in. psów czy kotów krzyżowano ze sobą blisko spokrewnione osobniki, dzięki czemu powstawały nowe rasy. Niestety, często odbywało się to kosztem życia i zdrowia zwierząt. Podobne zjawisko zachodzi też w środowisku naturalnym – w nielicznych populacjach zwierząt, które najczęściej mają status zagrożonych wyginięciem, krzyżują się ze sobą blisko spokrewnione osobniki.