Линки доступности

Опухоли могут менять скорость мутации своих клеток?

  • Адриана Салерно

Что общего между зебрами, бактериями и онкологическими заболеваниями? Все они способны осуществлять процесс эволюции, приспособляясь к изменениям в окружающей среде. Основываясь на этом простом биологическом факте, ученые из университета Калифорнии (г. Ирвайн) применили новый подход к изучению раковых опухолей. Они предположили, что для ускорения роста злокачественные опухоли изменяют скорость мутаций своих клеток. Однако для проверки своего предположения они использовали не биологию, а… математику.

Давно известно, что злокачественные клетки ведут себя по-иному, чем здоровые. По словам сотрудницы университета Калифорнии Наталии Комаровой, в отличие от здоровых клеток, клетки раковых опухолей постоянно меняют свою генетическую структуру: «Обычно здоровые человеческие клетки содержат 23 пары хромосом. Но в раковых клетках некоторые хромосомы присутствуют в единичном экземпляре, другие вообще отсутствуют, третьи имеют по пять-шесть, а то и по десять хромосомных пар. Этот феномен называют генетической нестабильностью».

Наталия Комарова отмечает, что все, кто изучает злокачественные опухоли, знают, что генетическая нестабильность – и вызываемые ею мутации – необходимы раковым клеткам, так как без них опухоль не может увеличиваться в размерах и давать метастазы. Неясно одно: почему на более поздних стадиях развития опухоли скорость мутаций замедляется. «Мы наблюдали это в ходе экспериментов, но никто не знал, почему это происходит и насколько это важно для раковых опухолей».

Для того, чтобы понять механизм данного процесса, Комарова и ее коллеги обратились к теории оптимального управления – разделу математики, в котором изучаются способы формализации и методы решения задач о выборе оптимального способа управления динамическим процессом. С ее помощью ученые попытались разгадать тайну роста раковых опухолей.

«Оказалось, – рассказывает исследователь, – что на начальных этапах развития злокачественной опухоли выгодно сохранять высокий уровень генетической нестабильности, а затем снижать его. На первых фазах роста для опухоли выгодно все время менять свое генное строение, теряя или приобретая новые хромосомы, а затем остановить этот процесс и оставаться в стабильном состоянии до конца своего естественного развития».

Наталия Комарова – математик, а не медик. Однако доктор Эндрю Пирс, сотрудник медицинского факультета университета Кентукки, говорит, что результаты ее исследований отражают нормальный процесс приспособления живых организмов к изменениям окружающей среды.

В качестве примера он приводит процесс возникновения устойчивости бактерий к антибиотикам: «Эта идея основана на том, что нынешний генетический облик бактерии больше не подходит ей, так что она «пробует» изменить его, намешав туда всего понемножку, и смотрит, может ли их этого выйти что-то стоящее. Именно это можно считать стандартным методом эволюционного развития. Как только меняется генетическое строение, исчезает стресс от влияния окружающей среды».

Знание причин генетической нестабильности опухоли, говорит Комарова, может повлиять на развитие стратегии лечения раковых заболеваний: «Например, химиотерапия приводит к появлению все новых и новых мутаций. Другие методы лечения опухолей, например, применение лекарств – ингибиторов небольших размеров молекул, не вызывают ни мутаций, ни токсических эффектов».

Хотя научная работа Наталии Комаровой еще далека от завершения, она говорит, что хотела бы инкорпорировать в свою модель различные методы лечения опухолей и их мутагенные свойства: «У нас нет лаборатории. Мы не ставим эксперименты. Мы пытаемся использовать математические формулы для создания теорий, которые затем можно приложить к экспериментам. Это позволит нам предложить медикам новые идеи и объяснения механизмов биологических процессов».

Доктор Нил Меропол, сотрудник онкологического центра Fox Chase в Филадельфии, согласен, что междисциплинарный подход поможет найти оптимальное решение проблемы. Он положительно оценивает новые идеи специалистов по другим научным дисциплинам, в том числе и математиков. «На собственных ошибках мы понимаем, что совместные усилия просто необходимы для того, чтобы в будущем излечивать рак», – говорит д-р Меропол.

Наталия Комарова надеется, что ее исследования дадут медикам новые направления для поиска иных подходов к лечению злокачественных опухолей. Результаты исследования опубликованы в журнале британского Королевского медицинского общества Interface.

XS
SM
MD
LG