Стискам седалката, докато Ферари спира рязко на кръстовище, след което изригва нетърпеливо, докато светлината се промени. Когато излита, ревът се чувства странно екстравагантен за тихите улици на крайградския Колумб, Охайо.
Свързано съдържание
- Триумф във войната срещу рака
- Генна терапия в нова светлина
- „Тайните евреи“ от долината на Сан Луис
Водачът е Карло Кроче, 64-годишен италиански учен с голям глас, разрошена къдрава коса и изразителни тъмни очи. Той оглавява Програмата за генетична генетика на човека в държавния университет в Охайо, а сребърното му Scaglietti Ferrari е подходящ символ на неговия подход към науката: великолепен, мощен и особено в днешно време пищящ.
Кроче, който израства в Рим като единственото дете на баща на машинен инженер и майка на домакиня, постъпва в медицинско училище в Римския университет и дойде в САЩ през 1970 г., за да изучава рака. „Мислех, че това е мястото за работа в науката“, казва той. Кроче беше един от първите учени, установили, че ракът - избягалият растеж на клетките, които обикновено се проверяват - може да бъде причинен от генетични промени. Той е идентифицирал конкретни промени в гените, свързани с рак на белия дроб и хранопровода, както и с различни видове лимфом и левкемия.
Колеги казват, че Кроче има забележителни научни инстинкти. "Ако разгърнете пет неща пред него, той почти безпогрешно може да избере онова, което ще работи", казва Уебстър Кавене, директор на Лудвигския институт за изследване на рака в Сан Диего. "Той може да помирише нещо интересно и почти никога не греши."
Преди няколко години Кроче започна да издушва едно от най-изненадващите и най-обещаващите открития в изследванията на рака. Откритието постави него и неговите сътрудници във водещия ръб на разцъфтяващата област, която обещава подобрени техники за диагностициране на болестта и, надяват се, по-ефективни нови методи на лечение. Всъщност, най-новата работа на Кроче е част от изцяло нов начин на гледане на гени и как животът се регулира. Което прави още по-забележителния фактът, че прозрението му дойде едва след като той и колегите му се втурнаха с максимална скорост в задънена улица.
Една от славите на науката на 20-ти век беше откриването през 1953 г. на структурата на генетичния материал ДНК; това е дълъг полимер, подобен на стълба, усукан в двойна спирала. Всяка щанга е верига от химически съединения, наречени бази, и тяхната точна последователност кодира инструкциите на гена, подобно на буквите в дума. През десетилетията планините от лабораторни доказателства накараха учените да направят две основни предположения за гените.
Първо, генът е сравнително голям, обикновено се състои от десетки хиляди химически бази подред.
Второ, основната задача на всеки конкретен ген е да инструктира клетките да произвеждат съответния му протеин. Протеинът е голяма, сложна молекула, която изпълнява специфична функция в зависимост от това как е направена: тя може да бъде част от мускулни влакна или ензим, който усвоява храната или хормон, който контролира физиологията, наред с много други неща.
Със сигурност Кроче държи на тези предположения, когато в началото на 90-те години той се зае да идентифицира ген, участващ в хронична лимфоцитна левкемия, или ХЛЛ. Ракът на кръвта запълва костния мозък и лимфните възли с ракови клетки, които струпват здрави клетки на имунната система, оставяйки тялото по-малко способно да се бори с инфекцията. Кроче е анализирал ракови клетки от хора с CLL и е установил, че много от тях липсват същия дълъг сегмент от ДНК. Някъде в този сегмент, разсъждаваше той, е ген от решаващо значение за предотвратяване на раковите клетки от рак.
В продължение на почти седем години Кроче и неговите колеги продължиха да зануляват в различни части от тази дългодозрива верига от ДНК, старателно определяйки генетичната й последователност, база по база. Те също направиха многобройни експерименти, тествайки дали гените могат да причинят CLL.
Те зачеркнаха. "Ние характеризирахме всеки кървав ген, присъстващ в тази ДНК и никой от него не беше генът", свързан с CLL, припомня Кроче. "Бях много разочарован." Така бяха и неговите ученици и сътрудници. „О, изгорих живота на няколко души“, добавя Кроче. Един изследовател се е отказал изцяло от науката, за да получи степен на бизнес администрация.
През 2001 г. Кроче нае Джордж Калин, румънски гастроентеролог, за да поеме проекта, който всички бяха нараснали. „Той нямаше нищо по-лошо в лабораторията“, шегува се Калин.
- Вижте - каза Кроче на Калин, - генът трябва да е там.
Приблизително по същото време започва да циркулира ново разбиране на генетиката. Колкото и да е странно, той беше улеснен от мутантния червей, който не можеше да снася яйца. Животното срещна зловеща съдба: стотици яйца, излюпени вътре в тялото му, причинявайки отварянето му. Виктор Амброс, биолог в развитието в Харвард (сега в Медицинския университет в Масачузетс), изучаваше мутацията, отговорна за генетичния дефект на червея. Червеят, Caenorhabditis elegans, е микроскопично същество, което генетиците обичат да изучават, тъй като е лесно да се отглежда - яде общи бактерии - и е прозрачен, така че всичките му 900 или около клетки могат да се наблюдават, докато се развиват. Любопитното е, че когато Амброс търсеше мутирания ген, участъкът, в който изглежда трябваше да стане твърде малък, за да съдържа нормален ген. „Ставаше все по-малко ясно, че това парче ДНК може да кодира протеин“, казва той. "Беше доста изумително."
Отвъд река Чарлз, в Общата болница в Масачузетс, молекулярният биолог на име Гари Рувкун изучаваше различен мутант на C. elegans . И Амброс, и Рувкун подозираха, че търсеният ген Ambros контролира по някакъв начин гена, който се е заблудил в червеите на Ruvkun. Работейки над преценка, те решават да сравнят двата гена, за да видят дали приличат един на друг.
„Изпратихме си по електронна поща нашите последователности и се съгласихме да се обадим по-късно, ако видим нещо“, спомня си Амброс. „Един от нас се обади на другия и аз казах:„ Гари, виждаш ли го? И той каза: „Да, виждам го!“ „Намериха перфектно съвпадение - участък от ДНК от кратката генетична последователност на Амброс, идентична към раздел от гена на Рувкун с нормален размер.
Генът на Амброс беше наистина мъничък, дълъг само 70 бази, а не 10 000 бази като други гени. По-странен все пак, генът не е направил протеин, както правят другите гени. Вместо това направи друг вид генетичен материал, който сега се нарича микроРНК. Традиционните гени също правят РНК, молекула, която е химически подобна на ДНК, но тази РНК е краткотрайна, служеща като обикновен вестител или посредник в изграждането на протеини. Но тази микроРНК беше крайният продукт на гена и не беше просто пратеник.
МикроРНК, Амброс и Рувкун осъзнаха, работещи по интригуващ механизъм: той действаше като миниатюрна лента на велкро. Тъй като микроРНК генът съвпада с част от традиционния ген, микроРНК се придържа към РНК, произведена от традиционния ген. По този начин той блокира другия ген да произвежда протеин.
Това беше завладяваща находка, но двамата учени смятаха, че това е просто странно, докато седем години по-късно през 2000 г. изследовател в лабораторията на Рувкун Бренда Рейнхарт не откри втори ген на микроРНК в червея. "Това ми каза, че малките РНК ще бъдат по-често срещани, отколкото очаквахме", казва биологът по развитие Франк Слак, който помогна за откриването в лабораторията на Рувкун и сега е в Йейл.
Лабораторията на Рувкун започна да търси микроРНК гени при други животни. Както се случи, беше чудесно време да се търсят генетични аномалии. През 2001 г. учените завършили проект на цялата последователност на човешката ДНК, известна като човешкия геном, и те бързо секвенирали други геноми, включително тези на мишката, горчицата, плодовата муха и маларийния паразит. Някои геноми станаха достъпни в интернет бази данни и Рувкун намери същия ген на микроРНК от червея C. elegans при плодови мухи и хора. Тогава той откри гена в мекотели, риби зебра и други видове. Междувременно групата на Амброс и други намират десетки допълнителни микроРНК гени.
Резултатите бяха мъчителни - в крайна сметка не всеки ден се открива нов клас гени - но не беше ясно каква роля могат да играят тези миниатюрни гени в живота на хората.
Точно тогава Карло Кроче и Джордж Калин решиха да хвърлят нов поглед върху мистериозния случай на липсващия ген на левкемия. Калин, който понастоящем е молекулярна биоложка в университета в Тексас, MD Anderson Cancer Center, въведе известните микроРНК генетични последователности в своя компютър, сравнявайки ги със участъка от ДНК, който липсват много ракови клетки на CLL пациенти. "Те бяха точно там", спомня си той: два микроРНК гена седяха точно там, където се предполагаше, че е потискащ CLL генът.
Калин извика Кроче веднага в лабораторията: "Д-р Кроче, това са гените!"
Кроче погледна Калин и примигна. „S --- !, “ Калин го припомня, казвайки. "Това са гените!"
Калин и Кроче тестваха кръвни проби от пациенти с левкемия и откриха, че 68 процента съдържат малко или нито една от двете микроРНК, докато кръвни клетки от хора без рак имат много от молекулите. Калин и Кроче бяха убедени: тези два мънички гена направиха микроРНК, които потискат рака.
"Бях зашеметен", казва Кроче. "Имахме догмата, че всички ракови гени са кодиращи протеини гени", казва Кроче. MicroRNA "обясни много неща, които не можахме да обясним преди това. Това промени начина, по който гледаме на проблема."
Калин и Кроче публикуваха своите открития през 2002 г. - първият път, когато някой е замесил микроРНК в човешко заболяване.
Оттогава "всеки рак, който гледаме, откриваме промяна в микроРНК", казва Кроче. "Вероятно във всеки човешки тумор има промени в микроРНК."
Кроче живее в величествено имение в горното предградие на Колумб. Могили поща са разпръснати по кухненската маса, когато пристигнем. Кроче от седмици е извън дома си, посещава конференции и провежда беседи в Националния здравен институт в Бетесда, Мериленд, Националната академия на науките във Вашингтон, Обединеното кралство, среща с рак в Сан Диего, Университета на Джон Хопкинс в Балтимор и три срещи в Италия. Къщата се чувства празна и неизползвана.
„По същество това е само за спане“, казва по-късно синът на Кроце Роберто за къщата на баща си. "Той най-вече просто паркира притежанията си там. Ако е в града, той е на работа или се мотае с мен." Роберто работи за докторска степен по икономика в щата Охайо. (Карло, който никога не се е женил, също има 12-годишна дъщеря, която живее в Буенос Айрес.)
Вътре в къщата изкуството, а не науката заема централно място. Croce притежава повече от 400 картини от италиански майстори от 16-18 век. Той построи кавернозно крило с площ 5000 квадратни метра - тавани с 21 фута и всички - за да покаже някои от най-големите картини.
Кроче казва, че е купил първата си картина, когато е бил на 12 години, за 100 долара. Обича да купува картини, когато има подозрение кой е художникът, но не знае със сигурност. „Никога не питам някого“, казва той. "Просто го купувам и тогава може да греша или да съм прав." Той купи една картина за 11 500 долара от галерия в Неапол. Той смяташе, че това може да е от бароков художник на име Бартоломео Шедони. "Направих снимка, след като беше възстановена, и я изпратих на експерта по Шедони. Той каза:" О, да, това е Шедони ". Картината, казва Кроце, вероятно струва 100 пъти повече, отколкото е платил за нея.
"Неговото колекционерско изкуство има същото експериментално огъване, което има неговата наука", казва Питър Вогт, изследовател на рака в Изследователския институт на Scripps в Ла Джола и приятел на Кроче.
През годините Кроче патентова няколко открития и съосновава три компании. Неговата лаборатория в щата Охайо е на горните два етажа на десететажна сграда. С персонал от около 50 души лабораторията има бюджет от около 5 милиона долара годишно, което е наравно с малка компания за биотехнологии. Финансирането му идва от федерални и частни субсидии.
"Има много хора, които биха казали, че той е напълно успешен, защото разполага с огромно количество ресурси. Всъщност мисля, че е обратното; мисля, че той има огромни количества ресурси, защото е успешен", казва Cavenee.
Щом Кроче заподозря връзка между микроРНК и рак, той започна да задава въпроси: Раковите клетки биха ли имали различни количества микроРНК, отколкото нормалните клетки? Биха ли били някои микроРНК по-често срещани от други при някои видове рак? „Той наистина беше първият човек, направил този скок“, казва Слак за ранния залог на Кроче на микроРНК. „Трябваше някой с визията и парите на Карлос наистина да придвижи полето напред.“
През 2003 г. Croce наема Chang-Gong Liu, тогава разработчик на микрочипове в Motorola, за да проектира инструмент, който може да тества за наличие на микроРНК в проба от клетки или тъкани. Използвайки инструмента, наречен microarray, лабораторията на Croce е открила микроРНК, които изглежда са уникални за някои видове ракови заболявания. За 3 до 5 процента от пациентите, чийто рак се е метастазирал или разпространил от неизвестен източник в тялото, последиците от тази находка са огромни. Тъй като знанието откъде започва ракът е ключ към оптималното лечение - туморите, възникващи в различни тъкани, реагират на различни подходи - микроРНК може да бъде в състояние да помогне на онколозите да предпишат най-доброто лечение за такива пациенти.
МикроРНК също могат да оценят тежестта на рака. Кроче и неговите сътрудници откриха, че нивата на две микроРНК - наречени Let-7 и mir-155 - предсказват преживяемост при пациенти с рак на белия дроб. Групата на Croce също е открила микроРНК, които предсказват дали CLL на пациента ще стане агресивен или ще остане лек. В бъдеще микроРНК профилът на пациента може да показва дали той или тя трябва да се подложи на агресивно и рисково лечение или по-леко, по-безопасно.
Днес изследователите са идентифицирали около 40 микроРНК гени, свързани с ракови заболявания, включително тези на гърдата, белите дробове, панкреаса и дебелото черво. Подобно на конвенционалните гени, които произвеждат протеини, микроРНК гените също могат да бъдат промотори на рак, причинявайки заболяването, ако произвеждат твърде много микроРНК. Или могат да бъдат супресори на рака; ако са повредени или изгубени, ракът настъпва. Нещо повече, учените започнаха да разбират как микроРНК взаимодействат с традиционните ракови гени, разкривайки сложно разпределително табло за връзки, което изглежда се случва вътре в клетките, когато болестта поеме.
Най-голямата надежда на Кроче е, че микроРНК един ден може да се използва като терапия. "Убеден съм, абсолютно убеден съм, " казва той, "че микроРНК ще се превърнат в лекарства." В някои скорошни експерименти той и негов колега са инжектирали микроРНК в мишки с левкемия или рак на белия дроб. Инжекциите, казва той, спряха растежа на рака.
"Доказателствата са изключително силни в момента", че микроРНК играят основна роля при рака ", казва Слак, " и той става все по-силен и силен с всеки изминал ден. "
Ракът не е единственото заболяване, при което микроРНК се появяват като важни играчи. Сега проучванията сочат, че тези миниатюрни гени участват във функцията на имунната система, сърдечните заболявания, шизофренията, болестта на Алцхаймер и синдрома на Турет. Отвъд това има дълъг списък от заболявания, които изглежда имат генетична основа, но за които не е установен конвенционален ген. Томас Gingeras, изследовател на генома в лабораторията на Cold Spring Harbor в Ню Йорк, смята, че някои от тези заболявания в крайна сметка ще бъдат свързани с микроРНК. „Мисля, че несъмнено ще бъде така“, казва той.
Може би това е така, защото малките молекули оказват толкова голямо влияние върху останалата част от тялото. Учените изчисляват, че хората имат около 1000 микроРНК гени, които изглежда контролират активността на поне една четвърт от нашите 25 000 гени, кодиращи протеини. "Удивяваме се от този брой и вярваме, че е минимум", казва Нобеловият лауреат Филип Шарп от MIT, в чиято лаборатория се изследват микроРНК.
Не е чудно, че някои учени изразяват смущение и съжаляват, че не са успели да намерят микроРНК гени по-рано - главно защото не са оспорвали основните предположения за гените.
„Това не беше технологичен проблем“, казва Джошуа Мендел, изследовател на микроРНК в Джон Хопкинс. „Технологията, необходима за изследване на микроРНК, не се различава от технологията, използвана през последните няколко десетилетия“, казва той. "Това беше по-скоро интелектуална бариера."
Дори Кроче за целия си успех съжалява, че не е разпознал микроРНК по-рано. В края на 80-те години екипът му преследва раков ген в участък от ДНК, който не кодира никакви протеини. „Значи ние развалихме проекта“, казва Кроче. Сега той знае, че генът е бил микроРНК. „Пристрастието - казва той - е лошо, лошо нещо“.
Силвия Паган Вестфал е писателка, живееща в Бостън, специализирана в покриването на генетика, биология и медицина.
"Ние променяме догмата" относно това, което учените вярват в човешката ДНК, казва изследователят Джордж Калин (от своя университет в Тексаската лаборатория). Но неговата новаторска работа с Кроче започна лошо. Нямаше "нищо по-лошо", шегува се той. (Робърт Сийл) 
Конвенционалната мъдрост смяташе, че само огромен участък от ДНК може да функционира като ген. Откриването на пренебрегвано генетично образувание спира това мнение. Кроче „беше зашеметен“. (Грег Ръфинг / Редукс) 
Молекулярният биолог Гари Рувкун. (Джаред Лийдс) 
Биолог на развитието Виктор Амброс. (Джаред Лийдс) 
Докато изучавали мутанти на микроскопичен червей, Гари Рувкун и Виктор Амброс идентифицирали ген, който е невъзможно малък. "Бяхме развълнувани, че намерихме нещо ново", казва Амброс, "и тогава бяхме озадачени". (Photo Researchers, Inc.) 
Благодарение на последните проучвания е ясно, че микроРНК помагат някои клетки да бъдат злокачествени (левкемични клетки в розово на фона на здрави червени кръвни клетки). Сега изследователите се надяват да използват генетичния материал за подобряване на диагностиката и лечението на рака. (© 2009 ректор и посетители на университета във Вирджиния) 
Кроче (у дома в Охайо) обича да купува платна, дори преди да разбере кой ги е рисувал. „Неговото колекционерско изкуство има същото експериментално огъване, което има науката му“, казва колега. (Грег Ръфинг / Редукс) 
МикроРНК на работното място : Типичен ген е дълъг участък от ДНК, с химически основи като щанги в двойната спирала; ген кодира съобщение RNS, което насочва изграждането на определен протеин. МикроРНК ген кодира голяма РНК, която може да се придържа към част от месинджърната РНК, изключвайки протеиновия сбор. (5W Инфографика)
