Sklopim sedež, ko se Ferrari na križišču nenadoma ustavi, nato pa nestrpno vihti, dokler se svetloba ne spremeni. Roč se počuti nenavadno ekstravagantno za mirne ulice predmestnega Columbusa v Ohiu.
Sorodne vsebine
- Trijumf v vojni proti raku
- Genska terapija v novi luči
- "Skrivni Judje" iz doline San Luis
Voznik je Carlo Croce, 64-letni italijanski znanstvenik z velikim glasom, razbarvanimi kodrastimi lasmi in izraznimi temnimi očmi. Na državni univerzi Ohio vodi program genetike človeškega raka, njegov srebrni Scaglietti Ferrari pa je ustrezen simbol njegovega pristopa do znanosti: velik, močan in še posebej vroč.
Croce, ki je odraščal v Rimu kot edini otrok očeta strojnega inženirja in domače mame, je hodil na medicinsko šolo na univerzi v Rimu in leta 1970 prišel v ZDA na študij raka. "Mislil sem, da je to mesto za delo v znanosti, " pravi. Croce je bil eden prvih znanstvenikov, ki je ugotovil, da lahko rak - bežno rast celic, ki jih običajno preverjamo - povzroči genetske spremembe. Ugotovil je posebne spremembe genov, povezane z rakom na pljučih in požiralniku, pa tudi z različnimi vrstami limfoma in levkemije.
Kolegi pravijo, da ima Croce izjemne znanstvene nagone. "Če razdeliš pet stvari pred njim, lahko skoraj brezhibno izbere tisto, ki mu bo uspelo, " pravi Webster Cavenee, direktor Ludwigovega inštituta za raziskave raka v San Diegu. "Lahko čuti nekaj zanimivega in skoraj nikoli se ne moti."
Pred nekaj leti je Croce začel izdihovati eno najbolj presenetljivih in najbolj obetavnih odkritij v raziskavah raka. Odkritje je njega in njegove sodelavce postavilo na vodilni rob zdaj cvetočega področja, ki obljublja izboljšane tehnike diagnosticiranja bolezni in, upajo, učinkovitejša nova zdravljenja. Dejansko je Croceovo zadnje delo del povsem novega načina gledanja na gene in kako se življenje uravnava. Zato je še toliko bolj izrazito dejstvo, da je njegov vpogled prišel šele potem, ko sta skupaj s sodelavci dirkala z največjo hitrostjo v slepo ulico.
Ena izmed slave znanosti 20. stoletja je bilo odkrivanje strukture DNK genetskega materiala iz leta 1953; je dolg lestev podoben polimer, zvit v dvojno vijačnico. Vsaka prečka je veriga kemičnih spojin, imenovanih baz, njihovo natančno zaporedje pa kodira navodila gena, podobno kot črke v besedi. Skozi desetletja so gore laboratorijskih dokazov znanstvenike pripeljale do dveh predpostavk o genih.
Prvič, gen je sorazmerno velik, običajno je sestavljen iz več deset tisoč kemičnih baz zapored.
Drugič, glavna naloga katerega koli določenega gena je poučiti celice, da naredijo ustrezen protein. Beljakovina je velika, zapletena molekula, ki opravlja določeno funkcijo, odvisno od načina izdelave: lahko je del mišičnih vlaken ali encima, ki prebavlja hrano ali hormona, ki nadzoruje fiziologijo, med drugimi.
Zagotovo se je Croce držal teh predpostavk, ko se je v zgodnjih devetdesetih letih odločil identificirati gen, ki je vključen v kronično limfocitno levkemijo ali CLL. Krvni rak napolni kostni mozeg in bezgavke z rakavimi celicami, ki izžarevajo zdrave celice imunskega sistema, tako da se telo slabše spopada z okužbo. Croce je analiziral rakave celice pri ljudeh s CLL in ugotovil, da mnogim manjka enak dolg segment DNK. Nekje na tem segmentu je, je dejal, bil gen, ključen za preprečevanje, da bi bele krvne celice postale rakave.
Croce in njegovi sodelavci so skoraj sedem let ohranjali ničelno uporabo različnih delov tega dolgo sumljivega niza DNK, ki so mučno ugotavljali njegovo genetsko zaporedje, odvisno od baze. Opravili so tudi številne poskuse, ali so testirali, ali geni lahko povzročajo CLL.
Odkrili so se. "Označili smo vsak krvav gen, ki je prisoten v tej DNK, in noben od njiju ni gen, " je spomnil Croce. "Bil sem zelo frustriran." Tudi njegovi študenti in sodelavci. "Aja, nekaj ljudi sem sežgal življenje, " doda Croce. En raziskovalec je popolnoma opustil znanost, da bi pridobil diplomo iz poslovne administracije.
Leta 2001 je Croce najel Georgea Calina, romunskega gastroenterologa, da bi se lotil projekta, ki so ga vsi sovražili. "Nič slabšega ni imel v laboratoriju, " se šali Calin.
"Glej, " je rekla Croce Calin, "gen mora biti tam."
Približno v istem času je začelo krožiti novo razumevanje genetike. Nenavadno ga je olajšal mutirani črv, ki ni mogel položiti jajc. Žival je doletela grozljiva usoda: na njenem telesu se je izvalilo na stotine jajc, zaradi česar se je odprlo. Victor Ambros, razvojni biolog, nato na Harvardu (zdaj na Medicinski šoli na Univerzi v Massachusettsu), je preučeval mutacijo, odgovorno za gensko napako glista. Črv, Caenorhabditis elegans, je mikroskopsko bitje, ki ga genetiki radi preučujejo, saj ga je enostavno gojiti - jedo običajne bakterije - in je prozoren, tako da lahko opazimo vse svoje 900 ali več celic, ko se razvijajo. Zanimivo je, da je Ambros iskal mutirani gen, ko je navidezno moral postati premajhen, da bi vseboval normalen gen. "Vse manj je jasno, da lahko ta del DNK kodira beljakovine, " pravi. "Bilo je precej presenetljivo."
Čez reko Charles, v splošni bolnišnici Massachusetts, je molekularni biolog Gary Ruvkun preučeval drugačnega mutanta C. elegans . Ambros in Ruvkun sta oba sumila, da je gen Ambros iskal nekako nadzorovan gen, ki se je zrušil pri Ruvkunovih črvih. Ko sta se lotila nagona, sta se odločila, da bosta primerjala oba gena in ugotovila, ali sta podobna drug drugemu.
"E-poštno smo poslali po elektronski pošti in dogovorili smo se, da bomo pozneje poklicali, če smo kaj videli, " se spominja Ambros. "Eden od nas je poklical drugega in sem rekel:" Gary, vidiš? In on je rekel: "Da, vidim!" "Našli so popolno ujemanje - del DNK iz Ambrosove kratke genetske sekvence, identične na odsek Ruvkunovega gena normalne velikosti.
Ambrosov gen je bil resnično majhen, dolg je bil le 70 baz, ne 10.000 baz kot drugi geni. Nenavaden je, da gen ni naredil proteina, kot to počnejo drugi geni. Namesto tega je naredila drugo vrsto genskega materiala, ki se danes imenuje mikroRNA. Tradicionalni geni tvorijo tudi RNA, molekulo, ki je kemijsko podobna DNK, vendar je RNA kratkotrajna, saj služi zgolj kot sel ali posrednik pri gradnji beljakovin. Toda ta mikroRNA je bila končni produkt gena in ni bila zgolj glasnik.
MikroRNA, Ambros in Ruvkun sta spoznala, delovala je z intrigantnim mehanizmom: delovala je kot miniaturni trak Velcro. Ker se gen mikroRNA ujema z delom tradicionalnega gena, se je mikroRNA prilepila na RNA, ki ga je proizvedel tradicionalni gen. S tem je drugemu genu preprečil proizvodnjo beljakovin.
Bila je fascinantna najdba, a oba znanstvenika sta mislila, da gre za samo nenavadno, dokler sedem let pozneje leta 2000 raziskovalka v Ruvkunovem laboratoriju Brenda Reinhart v črvi ni našla drugega gena mikroRNA. "To mi je govorilo, da bodo majhne RNA pogostejše, kot smo pričakovali, " pravi razvojni biolog Frank Slack, ki je pomagal pri odkritju v Ruvkunovem laboratoriju in je zdaj na Yaleu.
Laboratorij Ruvkun je začel iskati gene mikroRNA pri drugih živalih. Kot se je zgodilo, je bil odličen čas za iskanje genetskih anomalij. Leta 2001 so znanstveniki dokončali osnutek celotnega zaporedja človeške DNK, znanega kot človeški genom, in hitro so zaporedli druge genome, vključno z mišjo, gorčično rastlino, sadno muho in parazitom malarije. Nekateri genomi so postali dostopni v internetnih bazah podatkov, Ruvkun pa je pri plodovih muhah in ljudeh našel isti gen mikroRNA iz glista C. elegans . Nato je gen našel v mehkužcih, zebri in drugih vrstah. Medtem so skupina Ambros in drugi našli več deset dodatnih mikroRNA genov.
Rezultati so bili mučni - navsezadnje ni vsak dan odkrit nov razred genov - vendar ni bilo jasno, kakšno vlogo lahko ti miniaturni geni igrajo v življenju ljudi.
Takrat sta se Carlo Croce in George Calin odločila, da sta na novo pogledala skrivnostni primer manjkajočega gena za levkemijo. Calin, ki je zdaj molekularni biolog z univerze v Teksasu, MD Anderson Cancer Center, je v računalnik vtipkal znane sekvence genov mikroRNA in jih primerjal z raztezkom DNK, ki ga ima veliko rakavih celic bolnikov s CLL. "Bili so točno tam, " se spominja: dva gena mikroRNA sta sedela prav tam, kjer se je domnevalo, da je gen, ki zavira CLL.
Calin je takoj poklical Crocea v laboratorij: "Dr. Croce, to so geni!"
Croce je pogledal Calin in zabrusil. "S --- !, " se spominja Calin, ko pravi. "To so geni!"
Calin in Croce sta testirala vzorce krvi pri bolnikih z levkemijo in ugotovila, da 68 odstotkov vsebuje malo ali nič od obeh mikroRNK, medtem ko imajo krvne celice ljudi brez raka veliko molekul. Calin in Croce sta bila prepričana: ta dva drobna gena sta naredila mikroRNA, ki zavirajo raka.
"Bil sem omamljen, " pravi Croce. "Imeli smo dogmo, da so vsi rakavi geni geni, ki kodirajo beljakovine, " pravi Croce. MikroRNA je "razložila veliko, česar prej nismo mogli pojasniti. Spremenilo je način gledanja na težavo."
Calin in Croce sta svojo ugotovitev objavila leta 2002 - prvič, ko je kdo vpletel mikroRNA v človeško bolezen.
Od takrat "vsak rak, ki ga pogledamo, najdemo spremembo v mikroRNA, " pravi Croce. "V vsakem človeškem tumorju se mikroRNA verjetno spremeni."
Croce živi v čudovitem dvorcu Columbusovega zgornjega Arlingtona. Ko smo prispeli, se na kuhinjski mizi raztresejo napisi mize pošte. Croce je že več tednov odsoten od doma, udeležil se je konferenc in pogovarjal na Nacionalnem inštitutu za zdravje v Bethesdi v Marylandu, na Nacionalni akademiji znanosti v Washingtonu, DC, srečanju z rakom v San Diegu, univerzi Johnsa Hopkinsa v Baltimoru in treh srečanjih v Italiji. Hiša se počuti prazna in neizkoriščena.
"V bistvu gre samo za spanje, " Crocein sin Roberto, 29, kasneje pove o hiši svojega očeta. "Večinoma tam parkira svoje imetje. Če je v mestu, je v službi ali se druži z mano." Roberto si prizadeva za doktorat iz ekonomije v državi Ohio. (Carlo, ki se ni nikoli poročil, ima tudi 12-letno hčer, ki živi v Buenos Airesu.)
V notranjosti hiše je središče pozornosti umetnost in ne znanost. Croce je lastnik več kot 400 slik italijanskih mojstrov od 16. do 18. stoletja. Zgradil je kavernozno 5 000 kvadratnih metrov krilo - 21-metrski strop in vse - za prikaz nekaterih največjih slik.
Croce pravi, da je prvo sliko kupil, ko je imel 12 let, za 100 dolarjev. Rad kupuje slike, kadar ima sum, kdo je umetnik, a ne ve zagotovo. "Nikoli ne vprašam nekoga, " pravi. "Samo kupim jo in takrat se lahko motim ali pa imam prav." Eno sliko za 11.500 dolarjev je kupil v galeriji v Neaplju. Mislil je, da bi ga lahko imel baročni slikar Bartolomeo Schedoni. "Naredil sem sliko, ko je bila obnovljena, in jo poslal strokovnjaku za Schedoni. Rekel je:" A ja, to so Schedoni. "" Slika, pravi Croce, je verjetno vredna 100-krat več, kot je plačal za njo.
"Njegovo umetniško zbiranje ima enako eksperimentalno upogibanje, kot ga ima njegova znanost, " pravi Peter Vogt, raziskovalec raka na raziskovalnem inštitutu Scripps v La Jolli in Croceov prijatelj.
Skozi leta je Croce patentiral več odkritij in soustanovil tri podjetja. Njegov laboratorij v državi Ohio je v zgornjih dveh nadstropjih desetletne stavbe. S približno 50 zaposlenimi ima laboratorij približno 5 milijonov dolarjev letno, kar je v primerjavi z majhnim podjetjem za biotehnologijo. Njegovo financiranje izhaja iz zveznih in zasebnih nepovratnih sredstev.
"Obstaja ogromno ljudi, ki bi rekli, da je povsem uspešen, ker ima ogromno sredstev. Pravzaprav mislim, da je obratno; mislim, da ima ogromne vire, ker je uspešen, " pravi Cavenee.
Takoj ko je Croce posumil na povezavo med mikroRNA in rakom, je začel postavljati vprašanja: Ali bi imele rakave celice drugačno količino mikroRNA kot običajne celice? Bi bili nekateri mikroRNA pogostejši od drugih pri določenih vrstah raka? "Bil je res prva oseba, ki je naredila ta preskok, " pravi Slack o Croceovi zgodnji stavi na mikroRNA. "Nekemu, ki ima Carlosovo vizijo in denar, je bilo treba zares premakniti polje naprej."
Leta 2003 je Croce zaposlil Chang-Gong Liu, nato razvijalca mikročipov pri Motoroli, da je zasnoval orodje, ki bi lahko testiralo prisotnost mikroRNA v vzorcu celic ali tkiv. Croceov laboratorij je z orodjem, imenovanim microarray, našel mikroRNA, ki se zdijo edinstvene za nekatere vrste raka. Za 3 do 5 odstotkov bolnikov, pri katerih se je rak metastaziral ali razširil iz neznanega vira v telesu, so posledice te ugotovitve ogromne. Ker je poznavanje tega, kje se je začel rak, ključnega pomena za optimalno zdravljenje - tumorji, ki se pojavljajo v različnih tkivih, se odzivajo na različne pristope - lahko mikroRNA onkologom pomaga pri predpisovanju najboljšega zdravljenja za take bolnike.
MikroRNA lahko tudi ocenijo resnost raka. Croce in njegovi sodelavci so ugotovili, da raven dveh mikroRNA - imenovanih Let-7 in mir-155 - napoveduje preživetje bolnikov s pljučnim rakom. Crocejeva skupina je našla tudi mikroRNA, ki napovedujejo, ali bo pacientova CLL postala agresivna ali bo ostala blaga. V prihodnosti lahko pacientov mikroRNA profil kaže na to, ali bi moral biti pod agresivnim in tveganim zdravljenjem ali blažjim, varnejšim.
Danes so raziskovalci identificirali približno 40 genov mikroRNA, povezanih z raki, vključno z geni dojke, pljuč, trebušne slinavke in debelega črevesa. Tako kot običajni geni, ki proizvajajo beljakovine, so lahko tudi mikroRNA promotorji raka, kar povzroči bolezen, če proizvajajo preveč mikroRNA. Ali pa so lahko zaviralci raka; če so poškodovani ali izgubljeni, nastane rak. Poleg tega so znanstveniki začeli razumeti, kako mikroRNA vplivajo na tradicionalne gene raka, in razkrili zapleteno stikalno ploščo povezav, ki se zdi, da se dogajajo znotraj celic, ko bolezen prevzame.
Crocejevo največje upanje je, da se mikroRNA nekega dne lahko uporablja kot terapija. "Prepričan sem, popolnoma prepričan, " pravi, "da bodo mikroRNA postala zdravila." V nekaterih nedavnih poskusih sta si s sodelavcem vbrizgala mikroRNA v miši z levkemijo ali pljučnim rakom. Injekcije so, pravi, ustavile rast raka.
"Dokazi so trenutno zelo močni, " da mikroRNA igrajo temeljno vlogo pri raku, "pravi Slack, " in ta postaja vsak dan močnejši in močnejši. "
Rak ni edina bolezen, pri kateri se mikroRNA pojavijo kot pomembni akterji. Študije zdaj kažejo, da so ti miniaturni geni vključeni v delovanje imunskega sistema, bolezni srca, shizofrenijo, Alzheimerjevo bolezen in Tourettov sindrom. Poleg tega obstaja dolg seznam bolezni, za katere se zdi, da imajo genetsko osnovo, vendar za katere ni bil ugotovljen noben konvencionalni gen. Thomas Gingeras, raziskovalec genoma v laboratoriju Cold Spring Harbor v New Yorku, verjame, da bodo nekatere od teh bolezni na koncu povezane z mikroRNA. "Mislim, da bo nedvomno res tako, " pravi.
Morda zato, ker drobne molekule izvajajo tako velik vpliv na preostali del telesa. Znanstveniki ocenjujejo, da ima človek približno 1000 mikroRNA genov, za katere se zdi, da nadzorujejo aktivnost vsaj četrtine naših 25.000 genov, ki kodirajo beljakovine. "Osupli smo nad to številko in verjamemo, da je to minimalno, " pravi nobelov nagrajenec Phillip Sharp z MIT, v laboratorijih katerih preučujejo mikroRNA.
Nič čudnega torej, da nekateri znanstveniki izražajo zadrego in obžalujejo, da niso uspeli najti genov mikroRNA prej - predvsem zato, ker niso izpodbijali osnovnih predpostavk o genih.
"To ni bilo tehnološko vprašanje, " pravi Joshua Mendell, raziskovalec mikroRNK Johnsa Hopkinsa. "Tehnologija, ki je potrebna za preučevanje mikroRNA, se ne razlikuje od tehnologije, uporabljene v zadnjih nekaj desetletjih, " pravi. "Šlo je bolj za intelektualno oviro."
Celo Croce ob vsem svojem uspehu obžaluje, da mikroRNA ni prepoznal prej. V poznih osemdesetih letih je njegova ekipa zasledila gen raka, kar je bilo v DNK, ki ni kodiral nobenih beljakovin. "Torej smo projekt uničili, " pravi Croce. Zdaj ve, da je bil gen mikroRNA. "Pristranskost, " pravi, "je slaba, slaba stvar."
Sylvia Pagán Westphal je pisateljica, ki živi v Bostonu in je specializirana za področje genetike, biologije in medicine.
"Spreminjamo dogmo" o tem, kaj znanstveniki verjamejo o človeški DNK, pravi raziskovalec George Calin (na njegovem laboratoriju v Teksasu na Univerzi v Teksasu). Toda njegovo prelomno delo s Croceom se je začelo slabo. "Ni bilo nič hujšega, " se šali. (Robert Seale) 
Konvencionalna modrost je veljala, da lahko kot gen deluje le velik del DNK. Odkritje spregledane genetske entitete to mnenje opušča. Croce "je bil omamljen." (Greg Ruffing / Redux) 
Molekularni biolog Gary Ruvkun. (Jared Leeds) 
Razvojni biolog Victor Ambros. (Jared Leeds) 
Gary Ruvkun in Victor Ambros sta med študijem mutantov mikroskopskega črva identificirala gen, ki je bil nemogoče majhen. "Navdušeni smo bili, da smo našli nekaj novega, " pravi Ambros, "in potem smo bili zmedeni." (Foto raziskovalci, Inc.) 
Zahvaljujoč nedavnim raziskavam je jasno, da mikroRNA pomagajo, da nekatere celice postanejo maligne (levkemične celice v roza sredi zdravih rdečih krvnih celic). Zdaj raziskovalci upajo, da bodo uporabili genetski material za izboljšanje diagnoze raka in zdravljenja. (© 2009 rektor in obiskovalci univerze v Virginiji) 
Croce (doma v Ohiu) rad kupuje platna, še preden ve, kdo jih je slikal. "Njegovo umetniško zbiranje ima enako eksperimentalno upogibanje, kot ga ima njegova znanost, " pravi kolega. (Greg Ruffing / Redux) 
MikroRNA na delu : Tipičen gen je dolg raztežaj DNK, s kemičnimi bazami kot prečke v dvojni vijačnici; gen kodira za sporočilni RNS, ki usmerja zgradbo določenega proteina. MikroRNA gen kodira za veliko RNA, ki se lahko drži na delu mesnarske RNA in izklopi beljakovinski sklop. (5W infografika)
