Śmiertelny człowiek, nieśmiertelna komórka

Szef Katedry Biochemii i Biologii Molekularnej Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu, profesor Maciej Ugorski pytany, czy z punktu widzenia biologa możliwe jest zmartwychwstanie, kiwa głową z niedowierzaniem. – Kiedy komórka przestaje wytwarzać ATP po prostu umiera. Następuje nieodwracalny jej rozkład – mówi i wyjaśnia, że apoptoza nazywana popularnie samobójstwem komórki, jest naturalnym procesem wpisanym w jej istnienie. Każda komórka każdego wielokomórkowego organizmu ma zaprogramowaną śmierć – dzięki temu mechanizmowi kiedy umiera, robi miejsce nowej, młodszej.

– Jesteśmy w stanie podtrzymywać życie. Dostarczać komórkom tlenu, pożywienia, ale rzeczywiście kiedy odetniemy jedno i drugie, rozpoczyna się proces, który jest nieodwracalny – przyznaje prof. Arkadiusz Miążek, biochemik i immunolog, który po chwili dodaje: – Ale wciąż nie wiemy, co dokładnie dzieje się z człowiekiem w śpiączce. Z relacji osób wybudzonych ze stanu comy, dowiadujemy się, że słyszały, odczuwały różne rzeczy w tym stanie, tylko my nie zdawaliśmy sobie sprawy z ich percepcji. I przypomnę świetny film „Bogowie” o profesorze Relidze, w którym w jednej ze scen można zobaczyć, jakim problemem jeszcze nie tak dawno temu było ustalenie momentu śmierci i przekonanie,  że przeszczep serca nie wiąże się z przeszczepieniem ludzkiej duszy, która miałaby być ulokowana w tym narządzie.

Profesor Miążek przypomina też, że istnieje coś takiego jak granica Hayflicka, a więc granica podziałów komórkowych. Każda komórka z każdym kolejnym podziałem zbliża się do tego limitu.

– I kiedy go osiągnie, musi umrzeć. Więcej nawet, ona nie może umrzeć byle jak, to jest prawdziwa ars moriendi, sztuka umierania, bo musi zrobić to tak, by nie wyrządzić krzywdy komórkom ją otaczającym – podkreśla biochemik z Katedry Biochemii i Biologii Molekularnej Wydziału Medycyny Weterynaryjnej.

A jednak nieśmiertelna

W 2008 roku zespół dr Emmanuela Skordalakesa z Wistar Institute w Filadelfii opublikował badania dotyczące telomerazy, enzymu, który wielu komórkom nowotworowym zapewnia nieśmiertelność.

– Ta nieśmiertelność to aberracja, odstępstwo od fizjologicznej normy – przyznaje prof. Ugorski, a prof. Miążek dodaje: – Komórki nowotworowe wykorzystują w niecnych celach mechanizm, który służy celom zgoła innym, dobrym. Telomeraza bowiem w niektórych komórkach „pilnuje”, żebyśmy przekazując naszą informację genetyczną kolejnym pokoleniom, zostawili ją w stanie jak najmniej zmienionym.

Mówiąc kolokwialnie, telomeraza „pilnuje”, by zachowana została długość chromosomów, w przeciwnym wypadku wpadlibyśmy w biologiczną pułapkę – jeżeli każde pokolenie skracałoby telomery, w pewnym momencie byłyby tak krótkie, że komórki następnego pokolenia zbyt szybko osiągnęłyby granicę Hayflicka.

– Dlatego musimy wydłużać telomery w niektórych typach komórek, na przykład zarodkowych, które są prekursorami gamet. W nich telomeraza jest obecna i działa. Jest też w komórkach, które się nieustannie odnawiają w naszym organizmie, a więc hematopoetycznych komórkach szpiku kostnego. Komórka nowotworowa rzeczywiście „kupuje” sobie nieśmiertelność, bo nie powinna posiadać telomerazy, ale ją ma. To jest właśnie ta aberracja, jak ją nazwał profesor Ugorski. I dlatego inhibitory telomerazy były i są bardzo dobrą opcją leczenia nowotworów – tłumaczy prof. Miążek, dodając, że naukowcy przewrotnie używają telomerazy, by unieśmiertelnić komórki, które są jej pozbawione.

Co odkryli Amerykanie?

Z opublikowanego w 2008 roku na łamach „Nature” artykułu można było się dowiedzieć, że to właśnie m.in. aktywność telomerazy sprawia, że guz nowotworowy rozwija się i wzrasta. To odkrycie spowodowało, że onkolodzy zaczęli zacierali ręce, bowiem miało to być pierwszym krokiem do stworzenia nowoczesnej terapii przeciwnowotworowej. Zablokowanie telomerazy mogłoby bowiem zmienić nieśmiertelne komórki raka w prawidłowe. Co więcej, pojawiły się też opinie, że dzięki stymulacji produkcji telomerazy człowiek będzie mógł zachować młodość – u 80-latków telomery są o połowę krótsze niż po urodzeniu.

Z badań prowadzonych na Uniwersytecie Utah wynika jednak, że niektórzy rodzą się z dłuższymi telomerami i dzięki temu żyją przeciętnie 5-6 lat dłużej niż ci, u których zakończenia chromosomów są krótsze. Tylko, że jednocześnie osoby te są obciążone trzykrotnie wyższym ryzykiem chorób serca i ośmiokrotnie wyższym ryzykiem śmierci na skutek infekcji, więc wychodzi na to, że nie ma nic za darmo.

Wieczna HeLa

Zmarła mając zaledwie 31 lat – Henrietta Lacks urodziła się w 1920 roku w Roanoke w Wirginii. W 1951 roku, gdy jej piąte dziecko miało 4,5 miesiąca, dowiedziała się, że umiera na raka szyjki macicy.

Kiedy jechała do szpitala, w którym przyjmowano Afroamerykanów, była pewna, że będzie zdrowa. Miała przecież dla kogo żyć. Ale rak okazał się być górą. Henrietta zmarła osiem miesięcy po postawieniu diagnozy. Ale jest nieśmiertelna. Jak to możliwe?

Do lat 50. XX wieku ludzkie komórki hodowane laboratoryjnie po kilku dniach umierały. Lekarz leczący Henriettę Lacks zaryzykował jednak – pobrał od pacjentki, bez jej wiedzy i zgody, komórki raka, na którego umierała. I komórki zdrowe, niezaatakowane chorobą. Po kilku dniach okazało się, że te nowotworowe potrafią coś, czego nie umiały pobierane wcześniej ludzkie komórki – dzielą się w warunkach in vitro. Każdej doby ich liczba podwajała się, idąc w setki, a wkrótce w miliony. Okazały się nieśmiertelne. I dały początek pierwszej linii komórkowej, nazwanej od imienia i nazwiska pacjentki HeLa. Są hodowane do dziś i szacuje się, że gdyby zebrać je wszystkie, ważyłyby ponad 50 mln ton. Pozwoliły wykonać ponad 60 tysięcy badań naukowych. To dzięki nim naukowcy zrozumieli, jak przebiega zakażenie wirusem HIV, wynaleźli szczepionkę na polio i na wirusa brodawczaka ludzkiego. Wykorzystano je też do mapowania ludzkiego genomu.

O komórkach HeLa i Henrietcie Pleasant powstał film – „Nieśmiertelne życie Henrietty Lacks” – zrealizowany na podstawie książki pod tym samym tytułem. To opowieść o córce, która uświadamia sobie, że jej matka została wykorzystana. Dla dobra nauki i innych ludzi, ale jednak wykorzystana. To uczucie musiało też towarzyszyć jednemu z asystentów obecnych przy sekcji Henrietty, bo powiedział dziennikarce, autorce książki o jej życiu i wkładzie w naukę, że kiedy zobaczył na stole sekcyjnym stopy zmarłej z pomalowanymi na czerwono paznokciami, zobaczył człowieka. Nie ludzkie, martwe ciało, zbiór komórek.

– Wyobraziłem ją sobie, jak siedzi w wannie i maluje te paznokcie, i wtedy po raz pierwszy dotarło do mnie, że komórki, których używamy do badań, pochodzą od tej kobiety. Nigdy nie myślałem o tym w ten sposób – mówił Rebecce Skloot.

Dorosła córka Henrietty, kiedy po wielu bojach pogodzona pojechała do laboratorium, gdzie przechowywane są do dzisiaj komórki pobrane od jej matki, na widok hodowli in vitro, powiedziała: – Mamo, jesteś sławna. Cały świat cię zna. Szkoda, że o tym nie wiesz.

Mojra Kloto i myszy

W mitologii greckiej los człowieka jest w rękach trzech Mojr. Dosłownie, bo jedna z nich, Kloto, przędzie nić ludzkiego życia, którą gdy przyjdzie czas, przecina jej siostra Atropos – wtedy człowiek umiera.

Kloto to również nazwa genu, którego wyłączenie u myszy powoduje, że gryzoń rodzi się stary, w ciągu kilku tygodni chudnie, jego skóra staje się coraz cieńsza, pomarszczona, zwierzę coraz mniej się rusza, aż w końcu umiera.

– Ale dodanie tego genu powoduje, że taka transgeniczna mysz żyje dwukrotnie dłużej – mówi prof. Arkadiusz Miążek.

– Tylko, że istnieje granica życia nie tylko myszy, ale również ludzkiego organizmu. Ten górny, maksymalny pułap to 120-130 lat. Po prostu każda komórka naszego organizmu się starzeje i nic tego nie jest w stanie zmienić – dodaje prof. Ugorski.

– Więcej nawet, nie wiemy, czy dodanie genu Kloto nie uruchomi mechanizmu, który na przykład doprowadzi do choroby otępiennej. A co z długiego życia, w którym nie mamy świadomości, że żyjemy – mówi prof. Miążek.

Obaj biochemicy doskonale znają inny grecki mit – o Eos, bogini jutrzenki, która zakochała się w śmiertelniku Titonosie. I wybłagała u bogów nieśmiertelność dla swojego ukochanego, zapominając o tym, że powinna była też poprosić o wieczną młodość. Titonos więc żył i starzał się, a kiedy był już maleńki jak dziecko w chwili narodzin, Zeus zamienił go w świerszcza.

– Trudno rozmawiać o nieśmiertelności, ale można rozmawiać o wydłużeniu życia poza tę granicę, którą znamy obecnie. Powiedzmy, że mogłoby to być nawet i biblijne 400-600 lat. Izraelski historyk Yuval Noah Harari twierdzi, że będzie to możliwe i zrobią to bioinżynierowie. Ludzie bowiem, oczywiści ci wybrani, których będzie na to stać, będą ulepszani wprowadzaniem cech cybernetycznych – tłumaczy prof. Miążek.

Harari w wywiadzie dla „The Guardian” w 2017 roku powiedział: „Homo sapiens, jakiego znamy, zapewne zniknie w ciągu mniej więcej stulecia, ale nie wskutek zniszczenia przez zabójcze roboty – zostanie zamieniony za pomocą biotechnologii i sztucznej inteligencji w coś odmiennego”. Czy hybrydy człowieka i sztucznej inteligencji to bliższa niż nam się wydaje przyszłość?

Harari w wywiadzie dla „The Guardian” w 2017 roku powiedział: „Homo sapiens, jakiego znamy, zapewne zniknie w ciągu mniej więcej stulecia, ale nie wskutek zniszczenia przez zabójcze roboty – zostanie zamieniony za pomocą biotechnologii i sztucznej inteligencji w coś odmiennego”. Czy hybrydy człowieka i sztucznej inteligencji to bliższa niż nam się wydaje przyszłość?

– Dla wybranych być może, ale już dzisiaj wprowadzamy do ludzkiego organizmu zmiany, które kiedyś były niemożliwe. To na przykład zmiany techniczne w postaci protez stawów. 100 lat temu sztuczna szczęka była ewenementem. Dzisiaj w pewnym wieku to właściwie standard – mówi prof. Maciej Ugorski.

– A zastawka, którą uzyskujemy od transgenicznej świni? Czy wszczepienie jej człowiekowi oznacza, że mamy do czynienia z hybrydą czy cyberorganizmem? – pyta retorycznie prof. Miążek i dodaje, że już teraz na naszych oczach, co nie znaczy, że w zasięgu możliwości każdego człowieka, rozwija się medycyna spersonalizowana. To na przykład popularne wśród gwiazd światowego kina i sceny rozrywkowej (a może i polityków) ustalanie profilu metabolomicznego, w celu ustalania optymalnej diety.

– Do podobnego arsenału postępowania należy zaliczyć też transfuzje krwi, czy inne zabiegi, które mają w zamierzeniu wpłynąć na naszą aktywność i mówiąc wprost, nie tylko utrzymać nasz organizm w zdrowiu, ale przede wszystkim przedłużyć jego młodość – przyznaje prof. Miążek.

Inżyniera genetyczna

W listopadzie 2018 roku nie tylko świat nauki zelektryzowała informacja o tym, że w Chinach przyszły na świat zmodyfikowane genetycznie bliźniaczki. Modyfikacji miał dokonać He Jiankui, badacz, który studiował w Stanach Zjednoczonych, a po powrocie do Chin, otworzył własne laboratorium w Shenzhen i ma dwie firmy zajmujące się genetyką. Modyfikacji miał dokonać metodą CRISPR-cas9, która pozwala wycinać geny i wstawiać nowe. Dokonane w ten sposób zmiany w DNA mogą być przekazywane dalszym pokoleniom. W Chinach takie modyfikacje w celach naukowych są dozwolone, ale wytyczne dla klinik leczenia niepłodności zakazują transferu genetycznie zmodyfikowanych embrionów w celu rozpoczęcia ciąży.

W przypadku, o którym mowa, wycięto u obu płodów gen, dający odporność na zarażenie wirusem HIV. W warunkach naturalnych ta mutacja występuje w populacji skandynawskiej, nie ma jej w Chinach. Nosicielem wirusa ma być ojciec dziewczynek.

Po ujawnieniu informacji o narodzinach dziewczynek, u których przeprowadzono modyfikację genetyczną, wybuchł skandal. Południowochiński Uniwersytet Nauki i Technologii w Shenzhen, z którym związany jest He Jiankui, oświadczył, że swoją pracą „poważnie naruszył etykę akademicką i standardy” i zapowiedział, że przeprowadzi śledztwo w tej sprawie. Sam naukowiec twierdzi, że inżynieria genetyczna powinna być wykorzystywana w medycynie jako metoda leczenia. Jedynym dziennikarzom, którzy do niego dotarli – z agencji AP – powiedział: „Wierzę, że pomoże to rodzinom i ich dzieciom, a jeśli wywoła to szkody lub skutki niepożądane, będę czuł taki sam ból, jak oni, i ja sam będę za to odpowiedzialny”.

Bo zdaniem He Jiankui inżynieria genetyczna nie powinna służyć do podnoszenia ilorazu inteligencji czy wybierania koloru włosów czy włosów. – Tego nie robi kochający rodzic. To powinno być zakazane – mówił na filmie opublikowanym w internecie.

Profesorowie Ugorski i Miążek mówią jednak wprost: – Inżynieria genetyczna tak, ale manipulacje genetyczne w ludzkim genomie nie. Na to zgody w świecie naukowców na Zachodzie nie ma. Oczywiście dokonuje się manipulacji u zwierząt. Wykorzystujemy transgeniczne krowy, świnie, myszy, króliki dla dobra ludzi i ich zdrowia, ale oficjalnie nikt nie odważy się „hodować” transgenicznych ludzi.

Jesienią 2016 roku onkolodzy z Uniwersytetu Sichaun w Chengdu metodę CRISPR-cas9 zastosowali po raz pierwszy u człowieka chorego na agresywnego raka płuc. Pacjent otrzymał komórki zawierające zmodyfikowane geny, które miały mu pomóc w zwalczeniu choroby.

Układ, który jest wszędzie

Komórka nowotworowa – jak mówią immunolodzy – oszukuje układ odpornościowy człowieka. Powinna zginąć, kiedy tylko się pojawi, a jednak ma tę umiejętność, że limfocyty nie wychwytują zagrożenia i pozwalają jej się rozwijać, przerzucać z jednego organu do drugiego, a ostatecznie zabijać człowieka, w którym żyją.

– W organizmie, którego układ odpornościowy jest w pełni sprawny, to limfocyty wychwytują komórki, które trzeba wyeliminować. Pod mikroskopem limfocyty wyglądają jak małe włochate kulki. I te kulki zbliżają się do komórki nowotworowej, otaczają ją jak ameba dookoła. Po czym zaczynają ją masować włoskami, które mają na powierzchni. Masują, masują, aż w końcu poprzez otwory, jakie udaje im się zrobić w błonie komórki, którą mają zniszczyć, wypuszczają do jej wnętrza „strzałę” – substancję zwaną granzymem. Pod mikroskopem robi to niesamowite wrażenie, bo w tej niszczonej komórce następuje coś na kształt wybuchu – to wyrzut jonów wapniowych – mówi profesor Miążek, ale po chwili dodaje: – Jeśli z jakiegoś powodu komórki nowotworowe nie zostaną zniszczone i w naszym organizmie zaczyna rozwijać się guz, to jest to coś absolutnie i całkowicie naszego. To fenomen biologiczny, ale nowotwór przeszczepiony innemu organizmowi, zostanie rozpoznany jako obcy i zniszczony.

– W mechanizmie rozwoju nowotworu, tego swoistego oszustwa, jakie dokonuje się w jakimś momencie życia wskutek splotu wielu czynników, i środowiskowych, i genetycznych, krytyczne jest też poznanie mechanizmu powstawania przerzutów, a więc opanowywania przez komórki nowotworowe kolejnych organów. Jak to się dzieje? Co wpływa na ten proces? Co go hamuje, a co przyspiesza? To są pytania, na które wciąż szukamy odpowiedzi – mówi prof. Ugorski.

Wbrew uniwersalnym prawom wszechświata?

Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, każdy układ izolowany dąży do zwiększenia entropii, a więc staje się coraz bardziej nieuporządkowany. – A to pozornie oznacza, że istniejemy wbrew tej zasadzie, bo każdy ludzki organizm jest układem wysoce uporządkowanym. To, co pozwala, że na ziemi istnieje życie, zawdzięczamy temu, że rośliny i zwierzęta są układami otwartymi, wymieniającymi z otoczeniem materię i energię – mówi prof. Maciej Ugorski.

Czy końcem tej wymiany jest śmierć żywego organizmu, a więc i człowieka? Czy w momencie śmierci organizm oddaje całą nagromadzoną energię?

Biochemicy z Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu uśmiechają się: – To pytania wychodzące poza biologię, a wchodzące w metafizykę. Biologia, choć wciąż nas zaskakuje i wciąż odkrywa rzeczy, o jakich jeszcze niedawno nikt nie miał pojęcia, metafizyką się nie zajmuje. Ale na pewno granice poznania wciąż przesuwa.

rozmawiała Katarzyna Kaczorowska