26 декабря 2021

Как парадокс Пето раскрывает тайны рака

Клетки в организме можно рассматривать как крошечные мишени для стрельбы из лука, каждая из которых уязвима для смертельной стрелы рака. Чем больше клеток у данного животного и чем дольше оно живет, тем выше вероятность накопления вредных клеточных мутаций, которые в конечном итоге могут привести к раку. По крайней мере, так подсказывает интуиция.

Тем не менее, многие очень крупные животные, несущие огромные популяции клеток, в том числе слоны и киты, не только доживают до старости, но и имеют чрезвычайно низкий уровень заболеваемости раком. Эта биологическая загадка носит название парадокса Пето. Короче говоря, парадокс гласит, что размер и продолжительность жизни видов должны быть пропорциональны заболеваемости раком, однако реальные данные по видам предполагают, что эта связь неверна.

Карло Малей

Карло Мэйли — исследователь Центра биодизайна биокомпьютеров, безопасности и общества при Университете штата Аризона. Мэйли также является научным сотрудником Центра биодизайна иммунотерапии, вакцин и виротерапии и Центра биодизайна механизмов эволюции при Университете штата Аризона. Он доцент Школы естественных наук АГУ и директор Центра эволюции рака в Аризоне. Предоставлено: Институт биодизайна при Университете штата Аризона.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature , Карло Мейли, исследователь из Центра биодизайна биокомпьютеров, безопасности и общества при Университете штата Аризона, вместе с международными коллегами изучает недавние последствия парадокса Пето и подчеркивает, что наука узнает о раке в разных странах. Древо жизни.

Исследователи анализируют крупнейшую межвидовую базу данных такого рода — пул взрослых млекопитающих из записей зоопарков, который включает 110 148 особей, относящихся к 191 виду.

Цель состоит в том, чтобы оценить уровень смертности от рака у различных видов млекопитающих, пересмотреть утверждения парадокса Пето строго количественно и изучить возможные механизмы подавления рака, имеющие отношение к борьбе с этим заболеванием как у людей, так и у животных.

На сегодняшний день исследование дает наиболее интенсивную оценку парадокса Пето. Полученные данные являются убедительным доказательством того, что риск смерти от рака в значительной степени не зависит как от массы тела, так и от ожидаемой продолжительности взрослой жизни у разных видов.

Решение парадокса заключается в том, что эволюция больших размеров и продолжительности жизни у видов сопровождалась совместной эволюцией мощных механизмов устойчивости к раку.

Мэйли также является научным сотрудником Центра биодизайна иммунотерапии, вакцин и виротерапии и Центра биодизайна механизмов эволюции при Университете штата Аризона.

Он доцент Школы естественных наук АГУ и директор Центра эволюции рака в Аризоне.

Непрекращающаяся битва

В борьбе с раком недавно были одержаны победы. Согласно данным Американского онкологического общества, ежегодная статистика за 2020 год показывает самое большое падение смертности от рака за один год, когда-либо зарегистрированное . Тем не менее, несмотря на значительные успехи в диагностике и лечении рака, болезнь остается главной причиной смерти: по оценкам, только в США в прошлом году число погибших составило более 600 000 человек.

Бедствие распространяется не только на людей. Действительно, новое исследование сообщает о значительном бремени рака у разных видов, особенно среди некоторых млекопитающих, находящихся под присмотром человека, где число погибших от рака среди взрослого населения может достигать поразительных 20-40%.

В то время как рак является фактом жизни для всего диапазона многоклеточных видов на Земле, болезнь вряд ли демократична в выборе своих жертв. У некоторых видов уровень заболеваемости раком значительно выше или ниже, по причинам, над разгадкой которых еще работают исследователи.

Как парадокс Пето раскрывает тайны рака

Новое исследование исследует некоторые сюрпризы, в том числе необычно высокую уязвимость некоторых хищных млекопитающих к раку. Было обнаружено, что это несоответствие тесно связано с диетой, при этом самые высокие показатели заболеваемости раком обнаруживаются у млекопитающих, которые потребляют других млекопитающих, хотя другие факторы также играют важную роль.

Больше ячеек, больше проблем?

Многоклеточные организмы, от простых до очень сложных, сталкиваются с проблемами при делении клеток. Клеточные мутации могут возникать, когда механизмы копирования ДНК не могут точно дублировать 6 миллиардов пар оснований генетического кода. Факторы окружающей среды, такие как радиация, также могут повредить целостность ДНК, что приведет к мутациям.

Большинство таких мутаций не оказывают заметного влияния на здоровье организма. Некоторые, однако, вызывают разрушительную цепную реакцию, приводящую к раку, часто смертельному заболеванию.

Проблема может усугубиться, когда организмы разрастаются и накапливают больше клеток в своем теле. Еще один ключевой фактор — это накопление мутаций с течением времени, при этом возраст является ключевым фактором риска развития рака. Эта тенденция легко наблюдается у самых разных видов, включая собак и людей.

Но хотя это правило здравого смысла применимо к определенному виду, исследователи видят нечто совершенно иное, рассматривая широкий спектр разнообразных видов, где большие, долгоживущие виды часто процветают с низким уровнем заболеваемости раком.

Это очевидное противоречие впервые выразил эпидемиолог Ричард Пето. Он изучил заболеваемость раком у людей и мышей, обнаружив, что заболеваемость раком у двух видов примерно одинакова. Учитывая, что у людей примерно в 1000 раз больше клеток, чем у мышей, и они живут в 30 раз дольше, это представляет собой загадку. Еще более удивительным является наблюдение, что крупные и долгоживущие дикие животные не проявляют заметно большей предрасположенности к раку.

Похоже, что природа столкнулась с проблемой рака у крупных долгоживущих видов и пришла к ряду решений, которые различаются в зависимости от вида. Эти механизмы подавления рака могут дать подсказки для подавления рака у других животных, включая человека.

Исследование парадокса

Хотя фундаментальные идеи парадокса Пето были признаны давно, научное подтверждение было сложной задачей. До сих пор имеющихся данных было недостаточно с точки зрения размера выборки, возрастного распределения, родства видов и причин смертности, чтобы сделать твердые выводы в поддержку парадокса Пето.

В текущем исследовании используется большой набор данных, известный как Система управления зоологической информацией (ZIMS), который собирает подробную информацию о возрасте, поле, живом / мертвом статусе, а также патологические данные патологоанатомического исследования для взрослых не одомашненных млекопитающих. Это богатое хранилище межвидовой информации имело решающее значение для тщательного анализа парадокса Пето.

При обследовании в зоопарке хищников отмечен высокий риск рака. Это может быть связано с использованием прогестинов и других форм гормональной контрацепции, а также с отсрочкой беременности у животных зоопарка. Оба фактора связаны с развитием рака у людей, а также у не домашних кошек.

Тем не менее, исследователи определили, что методы контрацепции не могут полностью объяснить повышенный риск рака среди хищников. Если бы они могли, то явная гендерная предвзятость в данных была бы очевидна: самки плотоядных животных показывали бы более высокий уровень заболеваемости раком. Скорее, ключевым фактором, по-видимому, является диета.

Диета как судьба?

  • Плотоядные животные обычно придерживаются диеты с высоким содержанием жиров и низким содержанием клетчатки, что является известным фактором риска развития рака. Поскольку плотоядные животные находятся на вершине пищевой цепочки, они могут поглощать загрязнители или другие канцерогенные соединения в более концентрированных концентрациях, чем животные, находящиеся ниже в пищевой цепочке.
  • Кроме того, потребление мяса может подвергнуть плотоядных животных воздействию различных патогенов, которые связаны с процессами образования рака. В частности, вирусы могут представлять значительный риск рака, при этом считается, что 10-20% всех видов рака имеют вирусное происхождение.
  • Дальнейший анализ данных зоопарка показал, что среди плотоядных животных те, которые употребляли других позвоночных в качестве регулярной части своего рациона, имели самые высокие показатели рака по сравнению с плотоядными, которые редко или никогда не потребляли других млекопитающих. Данные предполагают высокую стоимость с точки зрения риска рака для хищной диеты, особенно диеты, богатой добычей млекопитающих.
  • Другие факторы, которые могут повлиять на частоту возникновения рака у этих животных, включают низкое разнообразие микробиома, степень физических упражнений в неволе или другие физиологические факторы. В отличие от хищников, у жвачных животных самый низкий риск рака среди млекопитающих.

Разговор с животными

Результаты исследования подтверждают центральные предположения парадокса Пето. Данные показывают отсутствие значительной связи между риском смертности от рака и массой тела у разных видов, что позволяет предположить, что естественный отбор механизмов устойчивости к раку у крупных животных значительно снижает риск канцерогенеза.

Как парадокс Пето раскрывает тайны рака

Эти разнообразные механизмы уже стали предметом интенсивных исследований в отношении их способности предотвращать это смертельное заболевание как у диких животных, так и у людей, хотя многое остается неизвестным. Исследование обеспечивает основу для дальнейших исследований в этой области и подчеркивает силу зоологических данных для будущих исследований рака.

Источник

Метки:



Как влияет потребление жиров на диабет 2 типа

Ученые из UNIGE обнаружили, что жир может помочь поджелудочной железе адаптироваться к избытку сахара, тем самым замедляя развитие диабета. Диабет 2 типа, которым страдает почти 10% населения мира, является серьезной проблемой общественного здравоохранения. Чрезмерно малоподвижный образ жизни и слишком калорийная диета способствуют развитию этого метаболического заболевания, изменяя функционирование клеток поджелудочной железы и снижая эффективность регуляции…

От чего зависит увеличение миелина в сером веществе мозга

Устойчивость к стрессу и дифференциальные симптомы коррелируют с региональными изменениями в головном мозге Недавнее исследование связывает тревожное поведение у крыс, а также посттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР) у ветеранов вооруженных сил с повышенным содержанием миелина — вещества, которое ускоряет связь между нейронами — в областях мозга, связанных с эмоциями и памятью. Результаты, представленные учеными из Калифорнийского…

Улучшение физической формы за счет интенсивных упражнений

С помощью 2000 участников Framingham Heart Study исследователи из BU изучили, насколько малоподвижный образ жизни, ходьба и рутинные упражнения влияют на физическую форму. Упражнения полезны для здоровья. Это общеизвестно. Но насколько строгим должно быть это упражнение, чтобы действительно повлиять на уровень физической подготовки человека? И если вы сидите весь день за столом, но при этом…

Как растительная пища помогает вырабатывать мРНК

Будущее вакцин может больше походить на поедание салата, чем на укол в руку. Ученые Калифорнийского университета в Риверсайде изучают, могут ли они превратить съедобные растения, такие как салат, в фабрики по производству мРНК-вакцин. Коммуникатор РНК или мРНК технология, используемый в COVID-19 вакцин, работает обучая наши клетки распознавать и защитить нас от инфекционных заболеваний. Одна из…

Как работает «машину времени» из человеческих клеток

Течение рака поджелудочной железы Что делает рак поджелудочной железы таким смертельным, так это его скрытое и быстрое распространение. Теперь «машина времени», построенная инженерами Университета Пердью, показала способ обратить вспять течение рака, прежде чем он распространится по поджелудочной железе. «Эти открытия открывают возможность разработки новой генной терапии или лекарства, потому что теперь мы можем переводить раковые…