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 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.
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.
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.