Spojím sedadlo, když Ferrari náhle zastaví na křižovatce, pak netrpělivě vrčí, dokud se světlo nezmění. Když se rozběhne, řev se cítí podivně extravagantně pro tiché ulice předměstí Columbus v Ohiu.
Související obsah
- Vítězství ve válce proti rakovině
- Genová terapie v novém světle
- „Tajní Židé“ v údolí San Luis
Řidičem je Carlo Croce, 64letý italský vědec s velkým hlasem, rozcuchanými kudrnatými vlasy a výraznými tmavými očima. Vede genetický program pro rakovinu člověka na Ohio State University a jeho stříbrný Scaglietti Ferrari je vhodným symbolem jeho přístupu k vědě: velkolepý, vysoce výkonný a v těchto dnech obzvláště horký.
Croce, který vyrostl v Římě jako jediné dítě otce mechanického inženýra a matky v domácnosti, šel do lékařské fakulty na univerzitě v Římě a v roce 1970 přišel studovat rakovinu do Spojených států. „Myslel jsem, že to bylo místo, kde se pracuje ve vědě, “ říká. Croce byl jedním z prvních vědců, který prokázal, že rakovina - utlumený růst buněk normálně držených pod kontrolou - může být způsoben genetickými změnami. Identifikoval konkrétní genové alterace spojené s rakovinou plic a jícnu, jakož is různými typy lymfomu a leukémie.
Kolegové tvrdí, že Croce má pozoruhodné vědecké instinkty. „Pokud před sebou rozložíte pět věcí, může si téměř neomylně vybrat tu, která bude fungovat, “ říká Webster Cavenee, ředitel Ludwigova institutu pro výzkum rakoviny v San Diegu. "Cítí něco zajímavého a téměř nikdy se nemýlí."
Bylo to před několika lety, kdy Croce začal hledat jeden z nejpřekvapivějších a nejslibnějších objevů ve výzkumu rakoviny. Tento objev postavil jej a jeho spolupracovníky na přední hranici nyní se rozvíjejícího oboru, který slibuje vylepšené techniky diagnostiky nemoci a, jak doufají, účinnější nové léčby. Ve skutečnosti je poslední práce Croce součástí zcela nového způsobu pohledu na geny a způsobu, jakým se život reguluje. Což je o to pozoruhodnější, že jeho vhled nastal až poté, co on a jeho spolupracovníci závodili nejvyšší rychlostí do slepé uličky.
Jedním ze slávy vědy 20. století byl objev struktury genetického materiálu DNA z roku 1953; je to dlouhý žebřík podobný polymer zkroucený do dvojité spirály. Každá příčka je řetězec chemických sloučenin, nazývaných báze, a jejich přesná sekvence kóduje instrukce genu, podobně jako písmena ve slově. V průběhu desetiletí vedly hory laboratorních důkazů vědce, aby vytvořili dva základní předpoklady o genech.
Za prvé, gen je relativně velký, obvykle sestávající z desítek tisíc chemických bází v řadě.
Zadruhé, hlavní úlohou každého konkrétního genu je naučit buňky, aby vytvořily svůj odpovídající protein. Protein je velká, komplikovaná molekula, která plní specifickou funkci v závislosti na tom, jak je vyrobena: může to být část svalové vlákniny nebo enzymu, který tráví jídlo nebo hormon, který řídí fyziologii, mimo jiné mnoho dalších věcí.
Croce jistě zastával tyto předpoklady, když se na začátku 90. let vydal za cíl identifikovat gen zapojený do chronické lymfocytární leukémie nebo CLL. Rakovina krve vyplňuje kostní dřeň a lymfatické uzliny rakovinnými buňkami, které vytlačují zdravé buňky imunitního systému, takže tělo je méně schopné bojovat s infekcí. Croce analyzoval rakovinné buňky od lidí s CLL a zjistil, že mnoho z nich nemá stejný dlouhý segment DNA. Zdůvodnil, že někde v tomto segmentu je gen, který má zabránit rakovině bílých krvinek.
Téměř sedm let Croce a jeho kolegové nulovali různé kousky tohoto dlouho podezřelého řetězce DNA a pečlivě určovali jeho genetickou sekvenci, základnu po základně. Také provedli četné experimenty, které testovaly, zda by geny mohly způsobit CLL.
Udeřili. „Charakterizovali jsme každý krvavý gen přítomný v té DNA a nic z toho nebyl gen“ spojený s CLL, vzpomíná Croce. "Byl jsem velmi frustrovaný." Stejně tak jeho studenti a spolupracovníci. „Ach, spálil jsem životy několika lidí, “ dodává Croce. Jeden vědec ukončil vědu úplně, aby získal titul v oboru podnikové administrativy.
V roce 2001 najal Croce rumunského gastroenterologa George Calina, aby se zapojil do projektu, který všichni nenáviděli. „V laboratoři neměl nic horšího, “ vtipkuje Calin.
"Podívej, " řekl Croce Calinovi, "gen musí být tam."
Přibližně ve stejnou dobu začalo cirkulovat nové chápání genetiky. Kupodivu to usnadnil mutantní červ, který nebyl schopen snášet vejce. Zvíře potkalo příšerný osud: uvnitř těla se vylíhly stovky vajíček, které způsobily, že se roztrhla. Victor Ambros, vývojový biolog v Harvardu (nyní na lékařské fakultě University of Massachusetts), studoval mutaci zodpovědnou za genetickou vadu červa. Červ, Caenorhabditis elegans, je mikroskopické stvoření, které genetici rádi studují, protože je snadné pěstovat - je to běžné bakterie - a je průhledné, takže je možné pozorovat všechny jeho 900 buněk tak, jak se vyvíjejí. Zvědavě, jak Ambros hledal mutovaný gen, sekce, kde se zdálo, že musí být příliš malá na to, aby obsahovala normální gen. „Bylo čím dál jasnější, že tento kus DNA může kódovat protein, “ říká. "Bylo to docela úžasné."
Přes Charles River, v Massachusetts General Hospital, molekulární biolog jménem Gary Ruvkun studoval jiného mutanta C. elegans . Ambros i Ruvkun měli podezření, že gen, který Ambros hledal, nějak ovládal gen, který byl v Ruvkunových červech děsivý. Práce na hunch, se rozhodli porovnat dva geny, aby zjistili, zda se podobají navzájem.
„Poslali jsme si navzájem e-mailem své sekvence a dohodli jsme se, že se zavoláme později, pokud bychom něco uviděli, “ vzpomíná Ambros. „Jeden z nás zavolal druhému a řekl jsem:„ Gary, vidíš to? A řekl: „Ano, vidím to!“ „Našli perfektní shodu - úsek DNA z Ambrosovy krátké genetické sekvence identický na část genu Ruvkunovy normální velikosti.
Ambrosův gen byl opravdu malý, jen 70 bází dlouhý, ne 10 000 bází jako jiné geny. Ještě podivnější, gen nevytvořil protein, jak to dělají jiné geny. Místo toho vytvořil jiný druh genetického materiálu, který se nyní nazývá microRNA. Tradiční geny také vytvářejí RNA, molekulu, která je chemicky podobná DNA, ale že RNA je krátkotrvající a slouží jako pouhý posel nebo prostředník při konstrukci proteinů. Tato mikroRNA však byla konečným produktem genu a nebyl to pouhý posel.
MicroRNA, Ambros a Ruvkun si uvědomili, pracovali na zajímavém mechanismu: fungoval jako miniaturní pásek na suchý zip. Protože gen microRNA odpovídal části tradičního genu, microRNA přilepená k RNA produkované tradičním genem. Přitom blokoval další gen v produkci proteinu.
Byl to fascinující nález, ale oba vědci si mysleli, že je to jen podivnost, dokud o sedm let později v roce 2000 badatel v ruvkunské laboratoři Brenda Reinhart nenašel v červa druhý gen pro mikroRNA. „To mi řeklo, že malé RNA budou běžnější, než jsme očekávali, “ říká vývojový biolog Frank Slack, který pomohl s objevem v Ruvkunově laboratoři a je nyní v Yale.
Ruvkunská laboratoř začala hledat geny microRNA u jiných zvířat. Jak se to stalo, bylo skvělé hledat genetické anomálie. V roce 2001 vědci dokončili návrh celé sekvence lidské DNA, známé jako lidský genom, a rychle sekvenovali další genomy, včetně genů myši, hořčice, ovocné mušky a parazita malárie. Některé genomy se staly dostupnými na internetových databázích a Ruvkun našel stejný gen microRNA od červa C. elegans v ovocných muškách a lidských bytostech. Pak našel gen u měkkýšů, zebra ryb a dalších druhů. Mezitím Ambrosova skupina a další našli desítky dalších genů microRNA.
Výsledky tantalizovaly - konec konců není objevena nová třída genů - ale nebylo jasné, jakou roli mohou tyto miniaturní geny hrát v životech lidí.
Tehdy se Carlo Croce a George Calin rozhodli znovu podívat na záhadný případ chybějícího genu pro leukémii. Calin, který je nyní molekulárním biologem na University of Texas v Andersonově onkologickém centru, napsal do svého počítače známé genové sekvence microRNA a porovnal je s úsekem DNA, který chybí rakovinné buňky mnoha pacientů s CLL. „Přesně tam byli, “ vzpomíná: dva geny microRNA seděly přesně tam, kde se předpokládalo, že gen potlačující CLL je.
Calin okamžitě zavolal Croceho do laboratoře: „Doktore Croce, to jsou geny!“
Croce se podíval na Calina a zamrkal. „S ---!“ Vzpomíná Calin a řekl. "To jsou geny!" "
Calin a Croce testovali vzorky krve od pacientů s leukémií a zjistili, že 68 procent obsahovalo malé nebo žádné z těchto dvou mikroRNA, zatímco krevní buňky od lidí bez rakoviny měly mnoho molekul. Calin a Croce byli přesvědčeni: tyto dva drobné geny vytvořily mikroRNA, které potlačovaly rakovinu.
„Byl jsem ohromen, “ říká Croce. "Měli jsme dogma, že všechny rakovinné geny byly geny kódující proteiny, " říká Croce. MicroRNA „hodně vysvětlila, co jsme dříve nedokázali vysvětlit. Změnilo to způsob, jakým jsme se na problém dívali.“
Calin a Croce publikovali své zjištění v roce 2002 - poprvé, kdy někdo zapojil mikroRNA do lidských chorob.
Od té doby „u každé rakoviny, na kterou se podíváme, najdeme změnu v mikroRNA, “ říká Croce. "Asi v každém lidském nádoru jsou změny v mikroRNA."
Croce žije ve velkolepé vile na předměstí Columbus 'Upper Arlington. Když dorazíme, hromady pošty jsou rozptýleny na kuchyňském stole. Croce byl týdny mimo domov, účastnil se konferencí a přednášel na Národních institutech zdraví v Bethesdě, Marylandu, Národní akademii věd ve Washingtonu, DC, na rakovinovém setkání v San Diegu, na Univerzitě Johns Hopkins v Baltimoru a na třech setkáních v Itálii. Dům se cítí prázdný a nevyužitý.
„V podstatě je to jen na spaní, “ říká Croceův syn, Roberto, 29, později o domě svého otce. "Většinou tam jen parkuje svůj majetek. Jestli je ve městě, je v práci nebo se mnou visí." Roberto pracuje na PhD v oboru ekonomie ve státě Ohio. (Carlo, která se nikdy nevdala, má také 12letou dceru, která žije v Buenos Aires.)
Uvnitř domu stojí umění, ne věda. Croce vlastní více než 400 obrazů italských mistrů 16. až 18. století. Postavil kavernové křídlo o rozloze 5 000 čtverečních stop - stropy o výšce 21 stop a všechny - pro zobrazení některých největších obrazů.
Croce říká, že si koupil svůj první obraz, když mu bylo 12 let, za 100 dolarů. Rád si kupuje obrazy, když má podezření, kdo je umělec, ale neví to s jistotou. „Nikdy se někoho neptám, “ říká. "Jen si to koupím a pak se možná mýlím, nebo mám pravdu." Jeden obraz koupil za 11 500 $ z galerie v Neapoli. Myslel si, že by to mohl být barokní malíř jménem Bartolomeo Schedoni. „Udělal jsem snímek poté, co byl obnoven, a poslal jsem ho odborníkovi na Schedoni. Řekl:„ Ach jo, to je Schedoni. “„ Obraz, říká Croce, má pravděpodobně 100krát větší hodnotu, než za ni zaplatil.
„Sbírka umění má stejné experimentální sklony, jaké má jeho věda, “ říká Peter Vogt, výzkumník rakoviny v Scripps Research Institute v La Jolla a přítel Croce's.
V průběhu let patentoval Croce několik objevů a spoluzakládal tři společnosti. Jeho laboratoř ve státě Ohio se nachází v nejvyšších dvou patrech desetipodlažní budovy. S asi 50 zaměstnanci má laboratoř rozpočet přibližně 5 milionů dolarů ročně, což je srovnatelné s malou biotechnologickou společností. Jeho financování pochází z federálních a soukromých grantů.
"Je mnoho lidí, kteří by řekli, že je zcela úspěšný, protože má obrovské množství zdrojů. Vlastně si myslím, že je to naopak, myslím, že má obrovské množství zdrojů, protože je úspěšný, " říká Cavenee.
Jakmile Croce předpokládal spojení mezi mikroRNA a rakovinou, začal se ptát: Budou mít rakovinné buňky odlišné množství mikroRNA, než mají normální buňky? Byly některé mikroRNA běžnější než jiné u některých typů rakoviny? „Byl to opravdu první člověk, který udělal ten skok, “ říká Slack o Croceově prvotní sázce na mikroRNA. "Trvalo to někomu s Carlosovou vizí a penězi, aby opravdu posunuli pole vpřed."
V roce 2003 Croce přijal Chang-Gong Liu, vývojáře mikročipů ve společnosti Motorola, aby navrhl nástroj, který může testovat přítomnost mikroRNA ve vzorku buněk nebo tkání. Pomocí nástroje zvaného microarray našla Croceova laboratoř microRNA, které se zdají být jedinečné pro určité typy rakoviny. Pro 3 až 5 procent pacientů, jejichž rakovina metastázovala nebo se rozšířila z neznámého zdroje v těle, jsou důsledky tohoto nálezu obrovské. Protože vědění, kde rakovina začala, je klíčem k optimální léčbě - nádory vznikající v různých tkáních reagují na různé přístupy - mohou být mikroRNA schopny pomoci onkologům předepsat nejlepší léčbu pro tyto pacienty.
MikroRNA mohou být také schopny odhadnout závažnost rakoviny. Croce a jeho spolupracovníci zjistili, že hladiny dvou mikroRNA - nazývané Let-7 a mir-155 - předpovídaly přežití u pacientů s rakovinou plic. Skupina Croce také našla mikroRNA, které předpovídají, zda CLL pacienta bude agresivní nebo zůstane mírné. V budoucnu může pacientův profil mikroRNA naznačovat, zda by měl podstoupit agresivní a riskantní léčbu nebo mírnější, bezpečnější.
Vědci dnes identifikovali asi 40 genů microRNA spojených s rakovinou, včetně genů prsu, plic, pankreatu a tlustého střeva. Stejně jako konvenční geny, které produkují proteiny, mohou být mikroRNA geny také promotory rakoviny, což způsobuje onemocnění, pokud produkují příliš mnoho mikroRNA. Nebo to mohou být látky potlačující rakovinu; pokud jsou poškozené nebo ztracené, následuje rakovina. Vědci navíc začali chápat, jak mikroRNA interagují s tradičními rakovinovými geny a odhalují složitý rozvaděč spojení, k nimž se zdá, že se děje uvnitř buněk, když se nemoc převezme.
Croceova největší naděje spočívá v tom, že microRNAs by se jednoho dne mohly použít jako terapie. „Jsem přesvědčen, naprosto přesvědčen, “ říká, „že z mikroRNA se stanou drogy.“ V některých nedávných experimentech on a kolega injikovali mikroRNA do myší s leukémií nebo rakovinou plic. Injekce, říká, zastavil růst rakoviny.
„Důkazy jsou nyní velmi silné“, že mikroRNA hrají zásadní roli v rakovině, „říká Slack, „ a každým dnem je silnější a silnější. “
Rakovina není jediným onemocněním, u kterého se mikroRNA objevují jako důležití hráči. Studie nyní naznačují, že tyto miniaturní geny jsou zapojeny do funkce imunitního systému, srdečních chorob, schizofrenie, Alzheimerovy choroby a Tourettovy syndromu. Kromě toho existuje dlouhý seznam nemocí, u nichž se zdá, že mají genetický základ, ale u nichž nebyl identifikován žádný konvenční gen. Thomas Gingeras, výzkumník genomu v laboratoři Cold Spring Harbor Laboratory v New Yorku, věří, že některé z těchto chorob budou nakonec spojeny s mikroRNA. „Myslím, že to bude nepochybně, “ říká.
Možná je to proto, že malé molekuly mají tolik vlivu na zbytek těla. Vědci odhadují, že lidé mají kolem 1 000 genů microRNA, které, jak se zdá, řídí aktivitu alespoň čtvrtiny našich 25 000 genů kódujících protein. „Jsme ohromeni tímto počtem a věříme, že je to minimum, “ říká laureát Nobelovy ceny Phillip Sharp z MIT, v jehož laboratorních mikroRNAch se studují.
Není tedy divu, že někteří vědci vyjadřují rozpaky a litují, že se jim nepodařilo najít geny microRNA dříve - hlavně proto, že nezpochybňovali základní předpoklady o genech.
„Nebyl to technologický problém, “ říká Joshua Mendell, výzkumník microRNA v Johns Hopkins. „Technologie, která je nezbytná pro studium mikroRNA, se neliší od technologie používané v posledních několika desetiletích, “ říká. "Byla to spíš intelektuální bariéra."
Dokonce i Croce lituje, že pro všechny své úspěchy již dříve neuznal mikroRNA. Na konci 80. let jeho tým sledoval gen rakoviny v úseku DNA, který nekódoval žádné proteiny. „Takže jsme projekt zničili, “ říká Croce. Nyní ví, že gen byl mikroRNA. „Bias, “ říká, „je špatná, špatná věc.“
Sylvia Pagán Westphal je spisovatelka žijící v Bostonu, která se specializuje na genetiku, biologii a medicínu.
„Měníme dogma“ ohledně toho, co vědci věří v lidskou DNA, říká vědec George Calin (na jeho University of Texas Lab). Jeho průlomová práce s Crocem však začala špatně. Nebylo „nic horšího“, vtipkoval. (Robert Seale) 
Konvenční moudrost si myslela, že jen obrovský úsek DNA může fungovat jako gen. Objev přehlížené genetické entity tento názor umocňuje. Croce "byl ohromen." (Greg Ruffing / Redux) 
Molekulární biolog Gary Ruvkun. (Jared Leeds) 
Vývojový biolog Victor Ambros. (Jared Leeds) 
Během studia mutantů mikroskopického červa Gary Ruvkun a Victor Ambros identifikovali gen, který byl neuvěřitelně malý. "Byli jsme nadšeni, že jsme našli něco nového, " říká Ambros, "a pak jsme byli zmatení." (Photo Researchers, Inc.) 
Díky nedávným studiím je jasné, že mikroRNA pomáhají dělat některé buňky maligními (leukemické buňky v růžové uprostřed zdravých červených krvinek). Nyní vědci doufají, že genetický materiál využijí ke zlepšení diagnostiky a léčby rakoviny. (© 2009 Rektor a návštěvníci University of Virginia) 
Croce (doma v Ohiu) rád kupuje plátna ještě předtím, než ví, kdo je namaloval. „Jeho sbírka umění má stejné experimentální sklony, jaké má jeho věda, “ říká kolega. (Greg Ruffing / Redux) 
MicroRNA v práci : Typický gen je dlouhý úsek DNA, s chemickými základy jako příčky v dvojité šroubovici; gen kóduje messenger RNS, který řídí tvorbu určeného proteinu. Gen microRNA kóduje velkou RNA, která se může přilepit na část messengerové RNA a vypnout sestavení proteinu. (5W infografika)
