Μπορούν νέα είδη να εξελιχθούν από καρκίνους; Μπορεί. Δείτε πώς.
Οι επιθετικοί καρκίνοι μπορούν να εξαπλωθούν τόσο έντονα που να φαίνονται λιγότερο σαν ιστοί που έχουν πάει στραβά και περισσότερο σαν διεισδυτικά παράσιτα που θέλουν να καταναλωθούν και μετά να απελευθερωθούν από τον ξενιστή τους. Αν μια άγρια θεωρία εμφανίστηκε πρόσφατα στο Biology Direct είναι σωστό, κάτι τέτοιο μπορεί πράγματι να συμβεί σε σπάνιες περιπτώσεις:Οι καρκίνοι που μαθαίνουν πώς να περιφέρονται μεταξύ των ξενιστών μπορεί σταδιακά να εξελιχθούν στο δικό τους πολυκύτταρο είδος. Οι ερευνητές εξετάζουν τώρα μια περίεργη ομάδα θαλάσσιων παρασίτων που ονομάζονται μυξοσπόρια για να δουν αν είναι το πρώτο γνωστό παράδειγμα.
Ακόμη και μεταξύ των μικροσκοπικών παρασίτων, τα μυξοσπόρια είναι αινιγματικά. Ανακαλύφθηκαν για πρώτη φορά πριν από σχεδόν δύο αιώνες και σήμερα αναγνωρίζονται περισσότερα από 2.000 είδη. Οι περίπλοκοι κύκλοι ζωής τους καθιστούν τη μελέτη ιδιαίτερα δύσκολη:Μόλις τη δεκαετία του 1980 οι επιστήμονες συνειδητοποίησαν ότι αυτά που βρέθηκαν στα ψάρια ήταν τα ίδια είδη με αυτά που βρέθηκαν στα σκουλήκια και όχι εντελώς διαφορετικές κατηγορίες παρασίτων. Και ενώ τα περισσότερα παράσιτα αρκούνται απλώς στο να χώνονται στους ιστούς του ζώου ξενιστή τους, τα μυξοσπόρια συχνά κατοικούν μέσα στα κύτταρα του ίδιου του ξενιστή.
Μέχρι αρκετά πρόσφατα, τα μυξοσπόρια θεωρούνταν πρωτιστές, παραφυάδες της ευκαρυωτικής γραμμής που δεν είναι ούτε φυτά, ούτε ζώα ούτε μύκητες. Το 1995, ωστόσο, ο Mark Siddall, τότε στο Ινστιτούτο Θαλάσσιας Επιστήμης της Βιρτζίνια, και οι συνάδελφοί του υποστήριξαν ότι τα μυξοσπόρια είναι περίεργα μέλη των cnidarians, της ομάδας που περιλαμβάνει μέδουσες και κοράλλια. Έκτοτε, γενετικές μελέτες έχουν ενισχύσει αυτή τη θέση.
Αλλά η θέση τους στο δέντρο της ζωής δεν εξηγεί πώς τα μυξοσπόρια κατέληξαν με τόσο παράξενα χαρακτηριστικά. Τα μυξοσπόρια διαθέτουν μερικά από τα μικρότερα γνωστά γονιδιώματα ζώων. Το γονιδίωμα του Kudoa iwatai , για παράδειγμα, υπολογίζεται ότι είναι μόλις 22,5 megabases, σημαντικά μικρότερη από αυτή οποιουδήποτε άλλου cnidarian γονιδιώματος. Είναι λιγότερο από το ένα εικοστό του μεγέθους του γονιδιώματος του Polypodium hydriforme , ένα στενά συγγενικό κνιδαρικό παράσιτο.
Επιπλέον, τα γονιδιώματά τους δεν έχουν απλώς μειωθεί καταστροφικά. Δεν έχουν συγκεκριμένα γονίδια που θεωρούνται απαραίτητα για την πολυκυτταρική ζωή. Δεν είναι σαφές πώς ή γιατί ένα πολύπλοκο πολυκύτταρο πλάσμα απέρριψε αυτά τα φαινομενικά απαραίτητα γονίδια μαζί με τεράστια κομμάτια του DNA του.
Ωστόσο, ο Alexander Panchin, ένας ανώτερος ερευνητής στη Ρωσική Ακαδημία Επιστημών, και οι συνάδελφοί του έχουν μια ενδιαφέρουσα αν και αμφιλεγόμενη υπόθεση για να το εξηγήσουν. Στις αρχές του τρέχοντος έτους, πρότειναν ότι τα μυξοσπόρια αρχικά διακλαδίστηκαν από τον κνιδαρικό συγγενή τους όχι ως ανεξάρτητα ζώα αλλά ως όγκοι.
Εξελικτικά σκάνδαλα
Ο Panchin γνωρίζει ότι η ιδέα των ζώων που προέρχονται από καρκίνο ακούγεται τραβηγμένη - τόσο πολύ που, στην εφημερίδα, ο ίδιος και οι συνεργάτες του αναφέρονται σε αυτά ως Scandals (ένα αρκτικόλεξο για «s προέρχεται από μπορεί cer d ανάπτυξη animals ”).
Στην αρχή, τα σκάνδαλα ήταν απλώς ένα πείραμα σκέψης. Ενώ ο Panchin έγραφε για μεταδοτικούς καρκίνους, άκουσε τους συναδέλφους του να εκφράζουν έκπληξη για τα γονίδια για πολύπλοκους ιστούς που εμφανίζονταν σε ορισμένα ασυνήθιστα αλλά απλά παρασιτικά ζώα. Περαιτέρω συζητήσεις οδήγησαν σε αυτό που ο Panchin αποκαλεί τη «φανταστική» ιδέα ότι τέτοια απλά παράσιτα θα μπορούσαν να έχουν καρκινική προέλευση. "Έτσι, πήραμε όλα τα δεδομένα και προτείναμε αυτήν την υπόθεση", είπε.
Σύμφωνα με το σενάριο τριών βημάτων του Panchin, ένα Σκάνδαλο θα ξεκινούσε ως καρκίνος, αλλά όχι ως οποιοσδήποτε καρκίνος. Θα έπρεπε να είναι μεταδοτικό, έτσι ώστε να μην πεθάνει όταν το έκανε ο οικοδεσπότης του. Τότε ο καρκίνος θα έπρεπε να εξαπλωθεί σε άλλα είδη και στη συνέχεια να εξελιχθεί ανεξάρτητα η πολυκυτταρικότητα. Αυτά τα βήματα μπορεί να φαίνεται να παρουσιάζουν ανυπέρβλητα εμπόδια, και ωστόσο υπάρχει λόγος να πιστεύουμε ότι το καθένα θα μπορούσε να έχει συμβεί.
Το πρώτο βήμα, η εμφάνιση του μεταδοτικού καρκίνου, είναι το πιο απλό γιατί γνωρίζουμε ότι συμβαίνει, αν και είναι σπάνιο. Η νόσος του όγκου του προσώπου του διαβόλου (DFTD) έχει γίνει διαβόητη ως ένας μεταδοτικός καρκίνος που καταστρέφει τους διαβόλους της Τασμανίας, οι οποίοι τον μεταδίδουν ο ένας στον άλλο με τα δαγκώματα τους. Πιο κοινός αλλά ίσως λιγότερο διάσημος είναι ο μεταδοτικός αφροδίσιος όγκος του σκύλου (CTVT), μια σεξουαλικά μεταδιδόμενη ασθένεια μεταξύ των σκύλων που, σύμφωνα με μια πρόσφατη ανάλυση από την Elizabeth Murchison του Πανεπιστημίου του Cambridge και τους συνεργάτες της, εξελίσσεται ως μεταδοτικός καρκίνος εδώ και πολύ καιρό. ως 8.500 χρόνια. (Σε μια αναφορά του 2014, η Murchison και οι συν-συγγραφείς της περιέγραψαν το CTVT ως ίσως «τον παλαιότερο και πιο ευρέως διαδεδομένο καρκίνο στον φυσικό κόσμο».)
Οι μεταδοτικοί καρκίνοι δεν περιορίζονται στα θηλαστικά. έχουν βρεθεί και σε μαλάκια. Δεν υπάρχει κανένας λόγος να πιστεύουμε ότι θα ήταν αδύνατο να εμφανιστούν μεταδοτικοί όγκοι και σε έναν κνιδάριο. Οι Cnidarians σίγουρα δεν έχουν ανοσία στους καρκίνους γενικά. Εάν τα μυξοσπόρια είναι σκάνδαλα, πιθανότατα ξεκίνησαν ως όγκοι άλλων κνιδαρικών παρασίτων — όπως το Polypodium τους ξαδέρφια, για παράδειγμα.
Αν και η εξάπλωση ενός καρκίνου σε άλλα είδη μπορεί να φαίνεται απίθανη, «δεν είναι κάτι πρωτόγνωρο», δήλωσε η Αθηνά Ακτίπη, επίκουρη καθηγήτρια στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Αριζόνα. Ο Ακτίπης, που ειδικεύεται στην εξέλιξη του καρκίνου, επισημαίνει περιπτώσεις όπως αυτή ενός άνδρα με HIV που ανακαλύφθηκε ότι είχε μολυνθεί με κύτταρα όγκου από ταινία. Τέτοιοι καρκίνοι σκουληκιών έχουν εμφανιστεί επανειλημμένα σε άτομα με εξασθενημένο ανοσοποιητικό σύστημα και οι γνωστές περιπτώσεις πιθανότατα αντιπροσωπεύουν μόνο τη μικρή μειοψηφία των περιστατικών στα οποία εντοπίστηκε η πηγή μιας παράξενης ανάπτυξης. Εάν αυτό το είδος πηδήγματος ειδών συμβεί ακριβώς μπροστά στα μάτια μας, "ίσως θα έπρεπε επίσης να εξετάσουμε την πιθανότητα ότι πράγματα που ήταν καρκίνος ή καρκίνος μερικές φορές, υπό τις κατάλληλες συνθήκες, θα μπορούσαν να γίνουν παράσιτα σε άλλα είδη", είπε.
«Νομίζω ότι το πεδίο ήταν πολύ προσεκτικό σχετικά με το πότε ο καρκίνος γίνεται το δικό του είδος ή ο δικός του οργανισμός», είπε ο Ακτίπης. Κατά την άποψή της, οι ερευνητές έχουν δει πάρα πολλά παραδείγματα μεταδοτικών όγκων όπως το CTVT και το DFTD. «Είναι ένα παράσιτο. Είναι ένας παρασιτικός οργανισμός."
Ίσως το λιγότερο πιθανό βήμα στην υπόθεση του Σκανδάλου είναι αυτό όπου το καρκινικό παράσιτο εξελίσσεται από μονοκύτταρα σε πολυκύτταρα με διακριτούς ξενιστές και στάδια. Τα μυξοσπόρια είναι απλά ζώα αλλά πραγματικά πολυκύτταρα — επομένως, εάν προέκυψαν από έναν μεταδοτικό όγκο, αυτός ο όγκος θα έπρεπε να εξελιχθεί διαφορετικούς τύπους κυττάρων.
Η πολυκυτταρικότητα πιστεύεται ότι έχει εξελιχθεί τουλάχιστον 25 φορές στους ευκαρυώτες, τον τομέα της ζωής που περιλαμβάνει πολύπλοκα μονοκύτταρα πλάσματα καθώς και φυτά, ζώα και μύκητες. Στα ζώα, ωστόσο, πιστεύεται ότι έχει εμφανιστεί μόνο μία φορά στη βάση της καταγωγής μας. Ορισμένοι πολυκύτταροι κλάδοι των ευκαρυωτών έχουν επανέλθει σε μονοκύτταρα, αλλά κανένα ζώο δεν είναι γνωστό ότι το κάνει (εκτός εάν, όπως ορισμένοι επιστήμονες, θεωρείτε ότι ο ίδιος ο καρκίνος είναι ένα είδος αναστροφής). Μέχρι στιγμής, δεν φαίνεται να υπάρχουν κανενός είδους γενεαλογίες στις οποίες η πολυκυτταρικότητα αποκτήθηκε, χάθηκε και στη συνέχεια αποκτήθηκε ξανά, σύμφωνα με την υπόθεση του Σκανδάλου. "Κατανοούμε ότι αυτό είναι ένα πολύ απίθανο σενάριο", είπε ο Panchin.
Αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι δεν θα μπορούσε να συμβεί. «Πιστεύω ότι είναι σίγουρα πιθανό ότι συστάδες καρκινικών κυττάρων που είναι μεταδοτικά θα μπορούσαν να εξελιχθούν ώστε να έχουν κάτι σαν κύκλο ζωής», είπε ο Ακτίπης. "Δεν υπάρχει τίποτα ιδιαίτερο σχετικά με την εξελικτική διαδικασία που λέει ότι μπορείτε να εξελίξετε έναν κύκλο ζωής μόνο εάν είστε ένα κλαδί του εξελικτικού δέντρου που δεν προήλθε από [μέρος] άλλου οργανισμού."
Ακολουθώντας τα αποδεικτικά στοιχεία
Με την ελπίδα να βρουν πιο ουσιαστικά στοιχεία για τη θεωρία του σκανδάλου, ο Panchin και η ομάδα του συνέκριναν τα γονιδιώματα μιας ποικιλίας απλών ειδών (τα περισσότερα από αυτά παρασιτικά) με αυτά πέντε μυξοσπορίων, τριών μονοκύτταρων πλασμάτων και 29 άλλων ζώων. Έψαξαν για υπαινιγμούς ενός καρκινικού παρελθόντος ελέγχοντας για την απουσία γονιδίων που συχνά χάνονται όταν τα κύτταρα γίνονται κακοήθη. Αυτά περιλαμβάνουν γονίδια που εμπλέκονται στην απόπτωση, τη ρυθμιζόμενη αυτοθυσία που καθαρίζει τα μη φυσιολογικά κύτταρα από το σώμα. Οποιοσδήποτε οργανισμός εξελίσσεται από μεταδοτικό όγκο θα στερείται πιθανώς τέτοιων γονιδίων.
Αν και οι επιστήμονες περίμεναν ότι άλλα παράσιτα θα ήταν οι πιο πιθανοί υποψήφιοι για Σκάνδαλο, μόνο τα μυξοσπόρια είχαν χάσει βασικά γονίδια που καταστέλλουν τον όγκο. Έτσι, τρύπησαν βαθύτερα και ανακάλυψαν ότι τα μυξοσπόρια έχουν χάσει τόσα πολλά γονίδια που σχετίζονται με την απόπτωση που πιθανότατα δεν μπορούν να ενεργοποιήσουν καθόλου αυτό το μονοπάτι θανάτου. Αυτή η ανεπάρκεια ξεχώρισε:"Ακόμα και αν κοιτάξετε πολύ απλοποιημένα παράσιτα που είναι ζώα, δεν βλέπουμε αυτόν τον βαθμό έλλειψης γονιδίων που σχετίζονται με τον καρκίνο", είπε ο Panchin.
Ο Ακτίπης πιστεύει ότι ο Panchin και οι συν-συγγραφείς του έχουν παρουσιάσει μερικούς ενδιαφέροντες λόγους για τους οποίους «θα πρέπει τουλάχιστον να εξετάσουμε την πιθανότητα κάποιοι από τους παρασιτικούς οργανισμούς που βλέπουμε σήμερα να έχουν εξελιχθεί από μεταδοτικούς καρκίνους». Αλλά δεν έχει κλείσει η υπόθεση, είπε. "Αυτή η εργασία είναι μια αρχή για αυτό το έργο, όχι μια αποφασιστική απόδειξη με κανέναν τρόπο."
Η Τζουλιάνα Ναλντόνι, παρασιτολόγος και ειδικός σε μυξοσπόρια στο Ομοσπονδιακό Πανεπιστήμιο του Σάο Πάολο, δεν είναι πεπεισμένη ότι τα μυξοσπόρια είναι σκάνδαλα. «Είναι στην πραγματικότητα πολύ πιο περίπλοκα από ό,τι αρχικά πιστευόταν και εξελίσσουν πολύ περίπλοκους [και συγκεκριμένους] μηχανισμούς αλληλεπίδρασης με τους οικοδεσπότες τους», είπε. Ορισμένα είδη έχουν επίσης πολύπλοκα χαρακτηριστικά, όπως κύτταρα οργανωμένα σε δομές που μοιάζουν με μυς για κίνηση, για παράδειγμα. Απλώς δεν θεωρεί εύλογο ότι τέτοια πολυπλοκότητα προέκυψε από έναν καρκίνο.
Ο Adrian Baez-Ortega, διδακτορικός φοιτητής και βιοπληροφορικός στην ομάδα Murchison's Transmissible Cancer Group στο Πανεπιστήμιο του Cambridge, συμφωνεί με τον Naldoni. «Είναι ένα έγγραφο που προκαλεί σκέψη, αν όχι πολύ πειστικό», έγραψε σε ένα email στο Quanta . Δεν είναι τρομερά εντυπωσιασμένος από την απώλεια των γονιδίων απόπτωσης, για παράδειγμα. «Στο πλαίσιο μιας τέτοιας δραματικής μείωσης του γονιδιώματος, ο ισχυρισμός ότι η έλλειψη γονιδίων που σχετίζονται ειδικά με την απόπτωση δείχνει μια καρκινική προέλευση φαίνεται μάλλον επιλεκτική», εξήγησε.
Αλλά κυρίως είναι δύσπιστος ότι ένας μεταδοτικός καρκίνος θα μπορούσε να διαρκέσει αρκετά ώστε να εξελιχθεί η πολυκυτταρικότητα. Τα καρκινικά κύτταρα έχουν απίστευτα ασταθή γονιδιώματα. Αν και αυτό τους επιτρέπει να μεταλλάσσονται γρήγορα και να ξεφεύγουν από τις άμυνες του οικοδεσπότη τους, ο Baez-Ortega επεσήμανε ότι σε μια εξελικτική κλίμακα, «αυτή είναι μια πολύ επιζήμια στρατηγική. Καθώς περνά ο καιρός, ένα μεγάλο μέρος του γονιδιώματος ενός καρκίνου γίνεται μη λειτουργικό ή μη φυσιολογικό και αυτό μπορεί να εμποδίσει όχι μόνο την επιβίωση, αλλά και την ανάπτυξη εξελιγμένων χαρακτηριστικών όπως η πολυκυτταρικότητα». Όπως το βλέπει, «ακόμα κι αν ένας μεταδοτικός καρκίνος μπορούσε να επιβιώσει για εκατομμύρια χρόνια, θα ήταν πολύ πιο πιθανό να παραμείνει ένα μονοκύτταρο παράσιτο».
Τούτου λεχθέντος, πιστεύει ότι η υπόθεση του σκανδάλου αξίζει περαιτέρω διερεύνηση. «Δεν υπάρχει σχεδόν τίποτα που να μην μπορεί να κάνει η εξέλιξη», είπε. Αντί να εστιάζει σε συγκεκριμένα γονίδια που λείπουν, θα ήθελε οι ερευνητές να σαρώσουν τα υποψήφια είδη για τις ποικίλες γονιδιωματικές αλλαγές που συμβαίνουν στους καρκίνους, από σημειακές μεταλλάξεις έως μεγάλης κλίμακας αναδιατάξεις χρωμοσωμάτων. "Εάν ένας καρκίνος γινόταν μακρόβιο είδος, όλες αυτές οι τροποποιήσεις θα διατηρούνταν στο γονιδίωμά του", είπε.
Ακόμη και ο Panchin και οι συνάδελφοί του δεν στηρίζουν την υπόθεση ότι τα μυξοσπόρια είναι σκάνδαλα. «Νομίζω ότι είναι δίκαιο να πούμε ότι μάλλον δεν είναι αλήθεια», είπε. Απλώς, με τη δουλειά που έχουν κάνει μέχρι τώρα, δεν μπορούν να το αποκλείσουν. "Προσπαθήσαμε να το αντικρούσουμε με τα μέσα που έχουμε."
Και πρόσθεσε, «Θα προσπαθήσουμε να παραποιήσουμε την υπόθεση εξετάζοντας το γονιδίωμα Malacosporea». Τα Malacosporeans είναι cnidarian παράσιτα και οι πιο κοντινοί γνωστοί συγγενείς των μυξοσπορίων, αλλά είναι τόσο πολύ πιο περίπλοκοι που σαφώς δεν προέρχονται από καρκίνο. Εάν, επίσης, αποδειχθεί ότι δεν έχουν γονίδια απόπτωσης, θα υποδηλώνει ότι η απώλεια μυξοσπορίων δεν προέρχεται από καρκινικό παρελθόν.
Ακόμα κι αν, τελικά, τα δεδομένα υποδηλώνουν ότι τα μυξοσπόρια δεν είναι εξελιγμένοι καρκίνοι, ο Panchin σημείωσε ότι τα σκάνδαλα θα μπορούσαν να υπάρχουν ακόμα εκεί έξω και περιμένουν να ανακαλυφθούν. «Ελπίζουμε ότι ίσως κάποιοι ζωολόγοι που ερεύνησαν κάποιο άλλο παράξενο είδος ζώου κάποια στιγμή θα πουν, «Μάλλον αυτοί οι τύποι κάνουν λάθος για το Myxosporea, αλλά αυτό το [ζώο], είναι προφανώς καρκίνος».
