میکروارگانیسم‌ها نور جدیدی را بر مقاومت به سرطان می‌تابانند —

در یک مطالعه جدید، آنجلو فورتوناتو و همکارانش رفتار غیرمعمول T. adhaerens را توصیف کردند، از جمله توانایی آن در ترمیم DNA آن حتی پس از آسیب قابل توجه تشعشع و اکسترود کردن سلول های آسیب دیده، که بعداً می میرند.

این یافته ها تحقیقات علمی در مورد مکانیسم های طبیعی سرکوب سرطان در سراسر زندگی را پیش می برد. بینش های به دست آمده از این سازگاری های تکاملی ممکن است راه خود را به درمان های جدید و مؤثرتری برای این قاتل پیشرو پیدا کند. سال گذشته تنها در ایالات متحده بیش از 600000 نفر بر اثر سرطان جان خود را از دست دادند.

میکروارگانیسم غیرمعمول مشاهده شده در مطالعه جدید از نظر شکل ابتدایی است و به راحتی در آزمایشگاه کشت می شود. این امر T. adhaerens را به یک ارگانیسم مدل جذاب تبدیل می‌کند و محققان را قادر می‌سازد تا فرآیندهای اساسی تحمل تشعشع و همچنین مکانیسم‌های اساسی هدایت تعمیر DNA، مرگ برنامه‌ریزی شده سلولی و دیگر ابزارهای طبیعی مقاومت در برابر سرطان را بررسی کنند.

فورتوناتو محققی در مرکز تکامل سرطان آریزونا و مرکز طراحی زیستی برای محاسبات زیستی، امنیت و جامعه در دانشگاه ایالتی آریزونا است. او همچنین یک محقق در دانشکده علوم زیستی ASU است.

کارلو مالی، یکی از نویسندگان این مطالعه جدید، محققی در مرکز طراحی زیستی برای محاسبات زیستی، امنیت و جامعه و مرکز مکانیسم‌های تکامل و همچنین دانشکده علوم زیستی ASU است. او مدیر مرکز تکامل سرطان آریزونا است.

یافته های تحقیق در شماره جاری مجله آمده است زیست شناسی PLOS.

هک نرم افزار طبیعت

توسعه سرطان را می توان به عنوان یک شکل منحرف از تکامل در عمل در نظر گرفت. همانطور که جهش و انتخاب طبیعی در طول زمان برای اصلاح سازگاری گونه‌ها با محیط خود و بهبود شانس بقای آنها عمل می‌کنند، این فرآیندها می‌توانند مجموعه‌ای از ابزارها را در اختیار سلول‌های سرطانی قرار دهند و آنها را قادر به شکوفایی، فرار از سیستم ایمنی بدن، تکثیر و به مناطق دیگر گسترش یابد.

ظرفیت های تکاملی سرطان آن را به دشمنی سرسخت تبدیل می کند. درمان‌های مرسوم، از جمله پرتودرمانی و شیمی‌درمانی، فشار انتخابی بر سلول‌های سرطانی وارد می‌کنند، و از آن دسته از جهش‌هایی حمایت می‌کنند که به سرطان کمک می‌کنند تا جای پای خود را پیدا کند، در حالی که سلول‌های رقیب را از بین می‌برند و اغلب به سرطان اجازه می‌دهند تا مسیر نابودی خود را دنبال کند.

سرطان پاشنه آشیل تقریباً تمام حیات چند سلولی روی زمین است. جهش های سلولی می توانند به دلیل خطاهای کپی DNA در طول تقسیم سلولی و همچنین از طریق قرار گرفتن سلول در معرض تشعشع یا سایر جهش زاها ایجاد شوند که می تواند منجر به تغییرات ژنتیکی ارثی شود.

تاکتیک های طبیعت برای مبارزه با سرطان

از زمان ورود حیات چند سلولی به زمین در بیش از 3 میلیارد سال پیش، طبیعت مجبور شده است با سلول هایی که چارچوب همکاری درخواست های چند سلولی را رد می کنند، مبارزه کند. چنین سلول های سرکشی منابع درون بدن را برای خود کنترل می کنند و به صورت کنترل نشده تکثیر می شوند. این سرطان است.

با این حال، این بیماری مخوف همه زندگی را به طور یکسان تحت تأثیر قرار نمی دهد. برخی از ارگانیسم ها با نرخ غیرمعمول کم سرطان موفق به فرار می شوند، در حالی که گونه های دیگر به شدت مستعد سرطان هستند. کشف اسرار پیرامون این اختلافات در درخت زندگی به یک حوزه اصلی تحقیق در نبرد برای درک بیماری و مدیریت بهتر آن تبدیل شده است.

در طول تکامل، برخی از گونه ها ابزار قدرتمندی برای سرکوب سرطان ایجاد کرده اند. به طور کلی، آنها این کار را یا با تلاش برای جلوگیری از ایجاد جهش در وهله اول، بهبود وفاداری مکانیسم های کپی DNA یا با ترمیم DNA آسیب دیده، یا ترکیبی از آنها انجام می دهند.

اغلب، ژن های مهم مرتبط با سرطان وارد بازی می شوند. یکی از اینها، یک ژن سرکوب کننده تومور به نام TP 53 است که می تواند DNA آسیب دیده را ترمیم کند. در جایی که توالی قابل ترمیم نباشد، ژن به سلول دستور می دهد تا تحت آپوپتوز یا مرگ سلولی قرار گیرد و از تکرار جهش در نسل های بعدی سلولی جلوگیری می کند. نهنگ ها که در غیر این صورت به دلیل جثه و طول عمر بسیار مستعد ابتلا به سرطان هستند، چندین نسخه از TP53 را حمل می کنند و نرخ سرطان بسیار پایینی دارند.

معمای دریانوردی

ارگانیسم آمیب مانند T. adhaerens ساده ترین موجود چند سلولی است که تاکنون روی زمین یافت شده است. اعتقاد بر این است که حدود 800 میلیون سال پیش از حیوانات دیگر جدا شده است. اولین بار در سال 1883 توصیف شد و در سال 1969 دوباره کشف شد، بومی دریای سرخ و دیگر آب‌های معتدل است.

در تحقیقات قبلی، فورتوناتو و همکارانش نشان دادند که علیرغم سادگی T. adhaerens، حیوان رفتار اجتماعی پیچیده ای از خود نشان می دهد، از جمله علوفه جویی و تغذیه مشارکتی، اگرچه ارگانیسم فاقد بافت ماهیچه ای، سیستم گوارشی یا عصبی است.

چرخه زندگی T. adhaerens نیز نسبتاً درگیر است. در کشت سلولی آزمایشگاهی، ارگانیسم به صورت غیرجنسی تولید مثل می کند، اما ممکن است ظرفیت تولید مثل جنسی در طبیعت را داشته باشد. از آنجایی که T. adhaerens نرخ گردش سلولی بالایی دارد و می تواند برای چندین دهه زنده بماند، یک موضوع آزمایشی ایده آل برای مطالعه سرطان است. حتی در میان گونه‌های مقاوم به سرطان، پلاکوزوئن‌هایی مانند T. adhaerens به نظر می‌رسد که پرت هستند. هیچ عضوی از این گونه تاکنون مبتلا به سرطان مشاهده نشده است. مطالعه جدید به بررسی مقاومت افزایش یافته ارگانیسم در برابر تشعشعات سطح بالا و مکانیسم های احتمالی سرکوب سرطان می پردازد.

بیرون انداختن سرطان

روش تولید مثل غیرجنسی T. adhaerens شامل انتقال سلول های موجود به افراد جدید است. این می تواند چنین حیواناتی را در برابر سرطان بسیار آسیب پذیر کند، سرطانی که به طور بالقوه می تواند در میان جمعیت گسترش یابد. این ممکن است دلیلی باشد که ارگانیسم در ابتدا وسیله ای برای بیرون راندن سلول های آسیب دیده و پیش بدخیم از طریق اکستروژن ایجاد کرده است.

جالب اینجاست که اکستروژن سلولی به عنوان وسیله ای برای سرکوب سرطان ممکن است در موجودات پیچیده از جمله انسان کار کند. بیشتر سرطان‌های انسان در بافت‌های اپیتلیال مانند پوست و روده ایجاد می‌شوند، جایی که اکستروژن ممکن است در خلاصی بدن از غده‌های سرطانی نقش داشته باشد.

با این حال، این مطالعه خاطرنشان می‌کند که این مکانیسم سرکوب سرطان در ارگانیسم‌های ساده‌ای مانند T. adhaerens می‌تواند در انسان نتیجه معکوس داشته باشد، اگر سلول‌های جهش‌یافته در جریان خون اکسترود شوند، زنده بمانند و به سایر قسمت‌های بدن مهاجرت کنند.

بر خلاف پستانداران، T. adhaerens می تواند در معرض تابش شدید مقاومت کند و به طور کامل بهبود یابد. آنها این کار را با استفاده از ترکیبی از استراتژی ها انجام می دهند. هنگامی که ارگانیسم ها در معرض دوزهای بالایی از اشعه ایکس قرار می گیرند، بیان ژن های خاصی را که در فرآیند ترمیم DNA نقش دارند و همچنین ژن های مرتبط با مرگ سلولی یا آپوپتوز را افزایش می دهند.

قابل توجه است، برخی از T. adhaerens نشان داده شد که 218.6 گری پرتو را تحمل می کنند. (Gy، برای واحدهای خاکستری، معیاری برای تابش یونیزان است.) برای مقایسه، فقط 3-7 گری تابش باعث آسیب شدید به سلول های پستانداران می شود. دوز 6 گری به طور کلی برای انسان کشنده است.

اگرچه تشعشعات زیاد باعث آسیب فاجعه بار به DNA T. adhaerens شد، اما قدرت ترمیم DNA حیوان، ارگانیسم را قادر ساخت که پس از حمله بهبود یابد. اگرچه همه افراد از بالاترین دوز تابش جان سالم به در نبردند، اما آنهایی که توانستند پس از 30 روز قرار گرفتن در معرض 218.6 گری، کشت را دوباره پر کنند. در مجموع 74 ژن به طور قابل توجهی در T. adhaerens به دنبال قرار گرفتن در معرض تابش بیش از حد بیان شد.

از طریق ترکیبی از ترمیم تهاجمی DNA و بیرون راندن سلول‌های آسیب‌دیده، T. adhaerens در بازسازی مداوم بدن شرکت می‌کند و آنها را عاری از سرطان نگه می‌دارد. درک چنین مکانیسم‌هایی ممکن است به روش‌های جدید پیشگیری و درمان بیماری در انسان کمک کند. ژن‌های دیگری که هنوز کشف نشده‌اند احتمالاً در مقاومت قابل توجه T. adhaerens در برابر سرطان نقش دارند و این موجود کوچک را به گنجینه‌ای از اطلاعات تبدیل می‌کند.