Stisnem sjedalo dok se Ferrari naglo zaustavlja na raskrižju, a zatim nestrpljivo lupa dok se svjetlo ne promijeni. Kad krene, rov se osjeća neobično ekstravagantnim za mirne ulice predgrađa Columbus, Ohio.
Povezani sadržaj
- Trijumf u ratu protiv raka
- Genska terapija u novom svjetlu
- 'Tajni Židovi' u dolini San Luis
Vozač je Carlo Croce, 64-godišnji talijanski znanstvenik velikog glasa, raščupane kovrdžave kose i izrazitih tamnih očiju. Vodio je program genetike ljudskog karcinoma na Državnom sveučilištu Ohio, a njegov srebrni Scaglietti Ferrari dopadljiv je simbol njegova pristupa znanosti: sjajno, snažno i, posebno ovih dana, vrelo vruće.
Croce, koji je odrastao u Rimu kao jedino dijete oca inženjera strojarstva i domaće majke, pohađao je medicinsku školu na Sveučilištu u Rimu i 1970. došao u Sjedinjene Države kako bi studirao rak. "Mislio sam da je to mjesto za rad u znanosti", kaže on. Croce je bio jedan od prvih znanstvenika koji su utvrdili da rak - bijesni rast stanica koji se inače drži u kontroli - može biti uzrokovan genetskim promjenama. Identificirao je posebne promjene gena povezane s karcinomom pluća i jednjaka, kao i s različitim vrstama limfoma i leukemije.
Kolege kažu da Croce ima izvanredne znanstvene instinkte. "Ako raširite pet stvari ispred njega, gotovo da može nepogrešivo odabrati onu koja će uspjeti", kaže Webster Cavenee, direktor Ludwig instituta za istraživanje raka u San Diegu. "On može osjetiti nešto zanimljivo i gotovo nikada ne pogriješi."
Prije nekoliko godina Croce je počeo njuškati jedno od najatraktivnijih i najperspektivnijih otkrića u istraživanju raka. Otkriće je njega i njegove suradnike postavilo na vodeću granicu sada već procvata polja koje obećava poboljšane tehnike dijagnosticiranja bolesti i, nadaju se, učinkovitiji novi tretmani. Doista, Croceovo najnovije djelo dio je posve novog načina gledanja gena i načina na koji se život regulira. Što još više ističe činjenica da je njegov uvid došao tek nakon što su on i njegovi suradnici najvećom brzinom utrčali u ćorsokak.
Jedna od slava znanosti 20. stoljeća bila je otkriće 1953. strukture DNK genetskog materijala; to je dugačak polimer sličan ljestvama uvijen u dvostruku vijakicu. Svaka traka predstavlja lanac kemijskih spojeva, koji se nazivaju baze, a njihov točan slijed kodira upute gena, slično slova u riječi. Kroz desetljeća planine laboratorijskih dokaza dovele su znanstvenike do izrade dvije pretpostavke o genima.
Prvo, gen je relativno velik, koji se obično sastoji od desetaka tisuća kemijskih baza zaredom.
Drugo, glavni posao bilo kojeg određenog gena je uputiti stanice da proizvode svoj odgovarajući protein. Protein je velika, komplicirana molekula koja obavlja određenu funkciju ovisno o tome kako je načinjena: može biti dio mišićnog vlakna ili enzima koji probavlja hranu ili hormona koji kontrolira fiziologiju, između ostalog.
Dakako, Croce se držao ove pretpostavke kada je početkom 1990-ih namjeravao identificirati gen koji je uključen u kroničnu limfocitnu leukemiju, ili CLL. Rak krvi ispunjava koštanu srž i limfne čvorove kanceroznim stanicama koje gube zdrave stanice imunološkog sustava, ostavljajući tijelu manje sposobnu da se bori protiv infekcije. Croce je analizirao stanice raka kod ljudi s CLL-om i ustanovio je da mnogim ljudima nedostaje isti dugački segment DNK. Negdje u tom segmentu, zaključio je, bio je gen ključan za sprečavanje bijelih krvnih zrnaca da postanu kancerogene.
Gotovo sedam godina Croce i njegovi kolege držali su se nula na različitim dijelovima duge sumnjive niti DNK, mukotrpno određujući njegov genetski slijed, bazno. Također su radili brojne eksperimente testirajući mogu li geni uzrokovati CLL.
Otrčali su. "Opisali smo svaki krvavi gen prisutan u toj DNK, a ništa od toga nije gen" povezan je s CLL-om, prisjeća se Croce. "Bila sam jako frustrirana." Tako su bili i njegovi studenti i suradnici. "Oh, spalila sam živote nekoliko ljudi", dodaje Croce. Jedan je istraživač potpuno napustio znanost kako bi stekao zvanje poslovne administracije.
Godine 2001. Croce je angažirao Georgea Calina, rumunjskog gastroenterologa, koji će preuzeti projekt koji su svi postali mrzitelji. "U laboratoriju nije imao ništa gore", šali se Calin.
"Gledaj", rekla je Croce Calin, "gen mora biti tamo."
Otprilike u isto vrijeme, počelo je kružiti novo razumijevanje genetike. Začudo, olakšao ga je mutirani crv koji nije mogao položiti jaja. Životinju je zadesila jeziva sudbina: stotine jaja se izleglo unutar njenog tijela, zbog čega se otvorilo. Victor Ambros, razvojni biolog tada na Harvardu (sada na Medicinskom fakultetu Sveučilišta u Massachusettsu), proučavao je mutaciju odgovornu za genetsku defektnost crva. Crv, Caenorhabditis elegans, je mikroskopsko biće koje genetičari vole proučavati, jer ga je lako uzgajati - jede zajedničke bakterije - i transparentan je, tako da se svih njegovih 900 ili više stanica može promatrati kako se razvijaju. Zanimljivo, dok je Ambros tražio mutirani gen, odjeljak u kojem je, izgleda, morao postati premali kako bi sadržavao normalan gen. "Sve je manje jasno da bi ovaj komad DNK mogao kodirati protein", kaže on. "Bilo je prilično zapanjujuće."
Preko rijeke Charles, u Općoj bolnici u Massachusettsu, molekularni biolog Gary Ruvkun proučavao je različitog mutanta C. elegans . Ambros i Ruvkun sumnjali su da gen koji traži Ambros nekako kontrolirao gen koji je prošao poganu u Ruvkunovim crvima. Radeći na pretpostavci, odlučili su usporediti dva gena kako bi utvrdili da li nalikuju jedan drugom.
"E-poštom smo poslali e-poštu i dogovorili smo se da nazovemo kasnije ako nešto vidimo", sjeća se Ambros. "Jedan od nas nazvao je drugog, a ja sam rekao:" Gary, vidiš? A on je rekao: "Da, vidim!" "Pronašli su savršeno podudaranje - dio DNK-a iz Ambrosove kratke genetske sekvence identičan odjeljku gena Ruvkunova normalne veličine.
Ambrosov gen bio je uistinu sićušan, dugačak samo 70 baza, a ne 10 000 baza poput drugih gena. Još nepoznato, gen nije stvorio protein, kao što to čine drugi geni. Umjesto toga, napravila je drugu vrstu genetskog materijala, koja se danas naziva mikroRNA. Tradicionalni geni čine i RNA, molekulu koja je kemijski slična DNK, ali ta je RNA kratkotrajna, a služi samo kao glasnik ili posrednik u stvaranju proteina. Ali ovaj mikroRNA bio je krajnji proizvod gena i nije bio puki glasnik.
MicroRNA, shvatili su Ambros i Ruvkun, djelovali su intrigantnim mehanizmom: djelovao je poput minijaturne trake od Velcroa. Budući da je mikroRNA gen odgovarao dijelu tradicionalnog gena, mikroRNA se zalijepila za RNA proizvedenu od tradicionalnog gena. Time je blokirao drugi gen da stvara protein.
Bio je to fascinantan nalaz, ali dvojica znanstvenika smatrali su da je to samo neobičnost dok sedam godina kasnije, 2000. godine, istraživačica u Ruvkunovom laboratoriju, Brenda Reinhart, nije pronašla drugi gen mikroRNA u crva. "To mi je govorilo da će male RNA biti češće nego što smo očekivali", kaže razvojni biolog Frank Slack, koji je pomogao u otkriću u Ruvkunovoj laboratoriji i sada je na Yaleu.
Ruvkunov laboratorij počeo je tražiti mikroRNA gene u drugim životinjama. Kako se dogodilo, bilo je sjajno vrijeme za traženje genetskih anomalija. Znanstvenici su 2001. godine dovršili nacrt čitavog niza ljudske DNK, poznat kao ljudski genom, a oni su brzo slijedili druge genome, uključujući one mišje, biljke senfa, voćne muhe i parazite malarije. Neki su genomi postali dostupni u internetskim bazama podataka, a Ruvkun je pronašao isti gen mikroRNA iz crva C. elegans u voćnim mušicama i ljudima. Zatim je pronašao gen u mekušcima, ribama zebra i drugim vrstama. U međuvremenu, Ambrosova skupina i drugi pronašli su desetke dodatnih mikroRNA gena.
Rezultati su bili mučni - na kraju krajeva, ne svakodnevno se otkriva nova klasa gena - ali nije bilo jasno kakvu bi ulogu ovi minijaturni geni mogli igrati u životu ljudi.
Tada su Carlo Croce i George Calin odlučili pogledati misteriozan slučaj nestalog gena za leukemiju. Calin, koji je sada molekularni biolog sa Sveučilišta u Teksasu, MD Anderson Centar za rak, upisao je poznate sekvence gena mikroRNA u svoje računalo uspoređujući ih s dijelom DNA koji nedostaje mnogim pacijentima s CLL rakom. "Oni su bili točno tamo", prisjeća se: dva mikroRNA gena sjedila su točno tamo gdje se pretpostavljalo da gen za suzbijanje CLL.
Calin je odmah pozvao Crocea u laboratorij: "Dr. Croce, ovo su geni!"
Croce pogleda Calin i trepne. "S ---!", Prisjeća se Calin govoreći ga. "Ovo su geni!"
Calin i Croce testirali su uzorke krvi od pacijenata s leukemijom i otkrili da 68 posto sadrži malo ili ništa od dva mikroRNA, dok su u krvnim stanicama ljudi bez raka imale mnogo molekula. Calin i Croce su bili uvjereni: ova dva sićušna gena napravila su mikroRNA koja je potisnula rak.
"Bila sam zapanjena", kaže Croce. "Imali smo dogmu da su svi geni protiv raka koji kodiraju proteine", kaže Croce. MicroRNA je "objasnila puno toga što prije nismo mogli objasniti. Promijenila je način na koji smo gledali na problem."
Calin i Croce objavili su svoje otkriće 2002. godine - prvi put kada je netko umiješao mikroRNA u ljudsku bolest.
Od tada, "svaki rak koji gledamo, nalazimo promjenu u mikroRNA", kaže Croce. "U vjerojatno svakom ljudskom tumoru postoje promjene u mikroRNA."
Croce živi u sjajnom dvorcu u predgrađu Columbusa u Gornjem Arlingtonu. Kolači pošte razasuti su po kuhinjskom stolu kad stignemo. Croce je tjednima bio izvan kuće, prisustvovao je konferencijama i održavao razgovore na Nacionalnom institutu za zdravstvo u Bethesdi, Maryland, Nacionalnoj akademiji znanosti u Washingtonu, DC, sastanku protiv raka u San Diegu, Sveučilištu Johns Hopkins u Baltimoru i tri sastanka u Italiji. Kuća se osjeća prazno i neiskorišteno.
"U osnovi, to je samo za spavanje", Crocenov sin Roberto (29) kasnije govori o kući svog oca. "On uglavnom samo parkira svoje posjede tamo. Ako je u gradu, na poslu je ili druži se sa mnom." Roberto radi na doktoratu ekonomije u državi Ohio. (Carlo, koji se nikada nije oženio, ima i 12-godišnju kćer koja živi u Buenos Airesu.)
Unutar kuće umjetnost, a ne znanost, zauzima središnje mjesto. Croce posjeduje više od 400 slika talijanskih majstora od 16. do 18. stoljeća. Izgradio je kavernozno krilo od 5000 četvornih metara - stropovi od 21 stopa i svi - za prikaz nekih od najvećih slika.
Croce kaže da je prvu sliku kupio kad je imao 12 godina, za 100 dolara. Voli kupiti slike kad sumnja tko je umjetnik, ali ne zna sigurno. "Nikad ne pitam nekoga", kaže. "Jednostavno ga kupim i tada možda grešim ili sam možda u pravu." Kupio je jednu sliku za 11 500 dolara iz galerije u Napulju. Mislio je da bi to mogao biti barokni slikar po imenu Bartolomeo Schedoni. "Napravio sam sliku nakon što je restaurirana i poslao je stručnjaku Schedonija. Rekao je:" O da, to su Schedoni. "" Slika, kaže Croce, vjerojatno vrijedi 100 puta više nego što je za nju platio.
"Njegova umjetnička zbirka ima isti eksperimentalni oblik kao i njegova znanost", kaže Peter Vogt, istraživač raka na Scripps Research Institute u La Jolli i Croceov prijatelj.
Tijekom godina Croce je patentirao nekoliko otkrića i suosnivao tri tvrtke. Njegov laboratorij u državi Ohio nalazi se na gornja dva kata zgrade s deset spratova. S oko 50 ljudi, laboratorij ima proračun od oko 5 milijuna dolara godišnje, što je ravnopravno s malom biotehnološkom tvrtkom. Njegova sredstva dolaze iz saveznih i privatnih grantova.
"Ima puno ljudi koji bi rekli da je u potpunosti uspješan jer ima ogromnu količinu resursa. Zapravo mislim da je obrnuto; mislim da ima ogromne količine resursa jer je uspješan", kaže Cavenee.
Čim je Croce posumnjao u vezu između mikroRNA i raka, počeo je postavljati pitanja: Da li će stanice raka imati drugačiju količinu mikroRNA od normalnih stanica? Bi li neke mikroRNA bile češće od ostalih kod određenih vrsta karcinoma? "Bio je stvarno prva osoba koja je napravila taj skok", kaže Slack o Croceovom ranom klađenju na mikroRNA. "Trebalo je nekome s Carlosovom vizijom i novcem da stvarno pomičemo teren naprijed."
Godine 2003. Croce je regrutovao Chang-Gong Liua, tadašnjeg proizvođača mikročipa u Motoroli, kako bi dizajnirao alat koji može testirati na prisustvo mikroRNA u uzorku stanica ili tkiva. Pomoću alata, koji se naziva mikrorasta, Croceova laboratorija otkrila je mikroRNA koje izgledaju jedinstveno za određene vrste karcinoma. Za 3 do 5 posto pacijenata čiji se rak metastazirao ili proširio iz nepoznatog izvora unutar tijela, posljedice ovog nalaza ogromne su. Budući da je saznanje odakle je započeo rak ključno za optimalno liječenje - tumori nastali u različitim tkivima reagiraju na različite pristupe - mikroRNA mogu pomoći onkolozima da propisuju najbolji tretman za takve bolesnike.
MikroRNA također mogu procijeniti ozbiljnost raka. Croce i njegovi suradnici otkrili su da razine dvaju mikroRNA - nazvanih Let-7 i mir-155 - predviđaju preživljavanje bolesnika s karcinomom pluća. Croceova skupina pronašla je i mikroRNA koja predviđaju hoće li pacijentski CLL postati agresivan ili će ostati blag. Ubuduće, pacijentov mikroRNA profil može ukazivati na to treba li proći agresivan i rizičan tretman ili blaži, sigurniji.
Danas su istraživači identificirali oko 40 gena mikroRNA povezanih s karcinomom, uključujući one dojke, pluća, gušterače i debelog crijeva. Kao i konvencionalni geni koji proizvode proteine, mikroRNA geni mogu također biti promotori raka, što uzrokuje bolest ako proizvode previše mikroRNA. Ili mogu biti supresori raka; ako su oštećeni ili izgubljeni, nastaje rak. Štoviše, znanstvenici su počeli razumjeti kako mikroRNA djeluju s tradicionalnim genima raka, otkrivajući složenu preklopnu vezu koja se čini kako se događaju unutar stanica kako bolest preuzima bolest.
Croceova najveća nada je da bi se mikroRNA jednog dana mogla koristiti kao terapija. "Uvjeren sam, apsolutno uvjeren", kaže on, "da će mikroRNA postati lijekovi." U nekim nedavnim eksperimentima, on i njegov kolega ubrizgali su mikroRNA u miševe s leukemijom ili rakom pluća. Injekcije su, kaže, zaustavile rast raka.
"Dokazi su trenutno vrlo jaki" da mikroRNA igraju temeljnu ulogu u raku, "kaže Slack, „ i svakim danom je sve jača i jača. "
Rak nije jedina bolest u kojoj se mikroRNA razvijaju kao važni igrači. Studije sada sugeriraju da su ovi minijaturni geni uključeni u rad imunološkog sustava, srčane bolesti, shizofreniju, Alzheimerovu bolest i Tourettov sindrom. Dalje od toga, postoji dugačak popis bolesti za koje se čini da imaju genetsku osnovu, ali za koje nije utvrđen nijedan konvencionalni gen. Thomas Gingeras, istraživač genoma iz laboratorija Cold Spring Harbor u New Yorku, vjeruje da će neke od ovih bolesti u konačnici biti povezane s mikroRNA-ima. "Mislim da će to nesumnjivo biti tako", kaže on.
Možda je to zbog toga što malene molekule imaju toliko utjecaja na ostatak tijela. Znanstvenici procjenjuju da ljudi imaju oko 1.000 mikroRNA gena, za koje se čini da kontroliraju aktivnost barem četvrtine naših 25.000 gena koji kodiraju proteine. "Zapanjujući smo ovim brojem i vjerujemo da je to minimum", kaže nobelovac Phillip Sharp sa MIT-a, u čijoj laboratoriji se proučavaju mikroRNA.
Nije stoga čudo što neki znanstvenici izražavaju sramotu i žale što nisu uspjeli pronaći mikroRNA gene ranije - uglavnom zato što nisu osporili osnovne pretpostavke o genima.
"To nije bilo tehnološko pitanje", kaže Joshua Mendell, istraživač mikroRNA-e u Johnsu Hopkinsu. "Tehnologija koja je potrebna za proučavanje mikroRNA ne razlikuje se od tehnologije korištene u posljednjih nekoliko desetljeća", kaže on. "Bila je to više intelektualna zapreka."
Čak se i Croce zbog svog uspjeha žali što ranije nije prepoznao mikroRNA. Krajem 1980-ih njegov je tim istražio gen za rak u nizu DNK koji nije kodirao nikakve proteine. "Dakle, uništili smo projekt", kaže Croce. Sada zna da je gen bio mikroRNA. "Pristranost", kaže, "je loša, loša stvar."
Sylvia Pagán Westphal pisac je u Bostonu, specijaliziran za pokrivanje genetike, biologije i medicine.
"Mijenjamo dogmu" o tome što znanstvenici vjeruju u ljudski DNK, kaže istraživač George Calin (sa njegova Sveučilišta u Teksasu Lab). No njegov je revolucionarni rad s Croceom počeo loše. "Nije bilo ništa gore", našalio se. (Robert Seale) 
Konvencionalna mudrost smatrala je da samo ogroman deo DNK može funkcionirati kao gen. Otkrivanje previdjenog genetskog entiteta umanjuje taj pogled. Croce je "bio omamljen". (Greg Ruffing / Redux) 
Molekularni biolog Gary Ruvkun. (Jared Leeds) 
Biolog u razvoju Victor Ambros. (Jared Leeds) 
Dok su proučavali mutante mikroskopskog crva, Gary Ruvkun i Victor Ambros identificirali su gen koji je bio nemoguće mali. "Bili smo uzbuđeni što smo pronašli nešto novo", kaže Ambros, "i tada smo bili zbunjeni." (Foto istraživači, Inc.) 
Zahvaljujući nedavnim istraživanjima, jasno je da mikroRNA pomažu da neke stanice postanu zloćudne (stanice leukemije u ružičastoj boji zdravih crvenih krvnih zrnaca). Sada se istraživači nadaju da će upotrijebiti genetski materijal za poboljšanje dijagnoze i liječenja raka. (© 2009. rektor i posjetitelji Sveučilišta u Virginiji) 
Croce (kod kuće u Ohiju) voli kupovati platna čak i prije nego što zna tko ih je slikao. "Njegovo umjetničko sakupljanje ima isti eksperimentalni oblik kao i njegova znanost", kaže njegov kolega. (Greg Ruffing / Redux) 
MikroRNA na djelu : Tipičan gen je dugačak niz DNK, s kemijskim bazama kao podupirač u dvostrukoj spirali; gen kodira za RNS glasnika koji usmjerava izgradnju određenog proteina. MikroRNA gen kodira za veliku RNA koja se može lijepiti za dio messenger RNA, isključujući skupinu proteina. (5W infografika)
