Am fixat scaunul în timp ce Ferrari se oprește brusc la o intersecție, apoi se curăță nerăbdător până când se schimbă lumina. Când decolează, urletul se simte ciudat de extravagant pentru străzile liniștite din suburbia Columbus, Ohio.
Continut Asemanator
- Un triumf în războiul împotriva cancerului
- Terapia genică într-o lumină nouă
- „Evreii secreți” din Valea San Luis
Șoferul este Carlo Croce, un om de știință italian în vârstă de 64 de ani, cu o voce mare, părul creț dezgustat și ochi expresivi și întunecați. El conduce Programul de genetică a cancerului uman la Universitatea de Stat din Ohio, iar Scaglietti Ferrari-ul său argintiu este un simbol adecvat al abordării sale la știință: grandios, cu mare putere și, în special, în zilele noastre, scânteie fierbinte.
Croce, care a crescut la Roma ca singurul copil al unui tată inginer mecanic și al unei case de casă, a mers la școala de medicină la Universitatea din Roma și a venit în Statele Unite în 1970 pentru a studia cancerul. „Am crezut că este locul de a lucra în știință”, spune el. Croce a fost unul dintre primii oameni de știință care au stabilit că cancerul - creșterea neîntreruptă a celulelor ținute în mod normal în control - poate fi cauzat de modificări genetice. El a identificat modificări ale genelor specifice asociate cu cancerul pulmonar și esofagian, precum și cu diverse tipuri de limfom și leucemie.
Colegii spun că Croce are instincte științifice remarcabile. "Dacă răspândiți cinci lucruri în fața lui, el poate alege aproape neînfrânat cel care va funcționa", spune Webster Cavenee, directorul Institutului Ludwig pentru Cercetarea Cancerului din San Diego. „Poate mirosi ceva interesant și nu greșește aproape niciodată”.
În urmă cu câțiva ani, Croce a început să adulmece una dintre cele mai surprinzătoare și mai promițătoare descoperiri din cercetarea cancerului. Descoperirea i-a plasat pe el și colaboratorii săi la marginea de frunte a unui domeniu în plină expansiune, care promite tehnici îmbunătățite pentru diagnosticarea bolii și, speră, noi tratamente mai eficiente. Într-adevăr, ultima lucrare a lui Croce face parte dintr-un mod cu totul nou de a privi genele și modul în care viața se reglează. Ceea ce face cu atât mai remarcabil faptul că cunoștințele sale au apărut abia după ce el și colegii săi au alergat cu viteză maximă într-un punct mort.
Una dintre gloriile științei secolului XX a fost descoperirea din 1953 a structurii ADN-ului materialului genetic; este un polimer lung în formă de scară răsucit într-o dublă helix. Fiecare treaptă este un lanț de compuși chimici, numiți baze, iar secvența lor exactă codifică instrucțiunile unei gene, la fel ca literele dintr-un cuvânt. De-a lungul deceniilor, munții de dovezi de laborator i-au determinat pe oamenii de știință să facă două ipoteze de bază despre gene.
În primul rând, o genă este relativ mare, formată de obicei din zeci de mii de baze chimice la rând.
În al doilea rând, sarcina principală a oricărei gene specifice este de a instrui celulele să-și facă proteina corespunzătoare. O proteină este o moleculă mare, complicată, care îndeplinește o funcție specifică în funcție de modul în care este făcută: poate fi parte dintr-o fibră musculară sau o enzimă care digeră alimente sau un hormon care controlează fiziologia, printre multe alte lucruri.
Cu siguranță, Croce a păstrat aceste presupuneri atunci când, la începutul anilor 1990, și-a propus să identifice o genă implicată în leucemie limfocitară cronică sau CLL. Cancerul de sânge umple măduva osoasă și ganglionii limfatici cu celule canceroase care aglomerează celulele sănătoase ale sistemului imunitar, lăsând corpul mai puțin capabil să lupte împotriva infecției. Croce a analizat celulele canceroase de la persoane cu CLL și a descoperit că mulți lipseau același segment lung de ADN. Undeva, pe acest segment, el a argumentat, a fost o genă crucială pentru a preveni ca celulele albe din sânge să devină canceroase.
Timp de aproape șapte ani, Croce și colegii săi au ținut zero la diferite părți din acea lungă fire suspectă de ADN, determinând cu atenție secvența sa genetică, bază de bază. Ei au făcut, de asemenea, numeroase experimente testând dacă genele ar putea provoca CLL.
Au izbucnit. „Am caracterizat fiecare genă sângeroasă prezentă în ADN-ul și niciuna nu a fost gena” asociată cu CLL, își amintește Croce. „Am fost foarte frustrat”. La fel au fost și studenții și colaboratorii săi. „Oh, am ars viețile câtorva oameni”, adaugă Croce. Un cercetător a renunțat la știință pentru a obține o diplomă în administrarea afacerilor.
În 2001, Croce l-a angajat pe George Călin, gastroenterolog român, pentru a-și asuma proiectul pe care toți îl crescuseră spre ură. „Nu avea nimic mai rău în laborator”, glumește Călin.
- Uite, i-a spus Croce lui Călin, gena trebuie să fie acolo.
Cam în același timp, o nouă înțelegere a geneticii începea să circule. Ciudat, a fost facilitat de un vierme mutant care nu a putut depune ouă. Animalul a întâmpinat o soartă îngrozitoare: sute de ouă eclozate în corpul său, făcând ca acesta să se deschidă. Victor Ambros, biolog în dezvoltare atunci la Harvard (acum la Universitatea din Medical School), studia mutația responsabilă pentru defectul genetic al viermei. Viermele, Caenorhabditis elegans, este o creatură microscopică pe care geneticienii adoră să o studieze, deoarece este ușor de cultivat - mănâncă bacterii obișnuite - și este transparentă, astfel încât toate celulele sale 900 pot fi observate pe măsură ce se dezvoltă. Curios, în timp ce Ambros a căutat gena mutată, secțiunea în care se pare că a trebuit să fie prea mică pentru a conține o genă normală. „A devenit din ce în ce mai puțin clar că această bucată de ADN ar putea codifica o proteină”, spune el. „A fost destul de uimitor”.
De-a lungul râului Charles, la Spitalul General din Massachusetts, un biolog molecular numit Gary Ruvkun studia un alt mutant C. elegans . Ambros și Ruvkun bănuiau că gena Ambros a căutat să controleze cumva gena care s-a trezit în viermii lui Ruvkun. Lucrând la un vânător, au decis să compare cele două gene pentru a vedea dacă se aseamănă între ele.
„Ne-am trimis un mesaj reciproc despre secvențele noastre și am fost de acord să apelăm mai târziu dacă vedem ceva”, își amintește Ambros. "Unul dintre noi l-a sunat pe celălalt și i-am spus: 'Gary, o vezi? Și el a spus:' Da, o văd! '" Au găsit o potrivire perfectă - o întindere de ADN din secvența genetică scurtă a lui Ambros identică la o secțiune a genei de mărime normală a lui Ruvkun.
Gena lui Ambros era cu adevărat minusculă, avea doar 70 de baze, nu 10.000 de baze ca alte gene. Stranger încă, gena nu a făcut o proteină, așa cum fac alte gene. În schimb, a făcut un alt tip de material genetic, care se numește acum microARN. Genele tradiționale fac și ARN, o moleculă similară chimic cu ADN-ul, dar că ARN-ul este de scurtă durată, servind ca un simplu mesager sau intermediar în construcția proteinelor. Dar acest microARN a fost produsul final al genei și nu a fost un simplu mesager.
MicroRNA, Ambros și Ruvkun au realizat, funcționate printr-un mecanism intrigant: a acționat ca o bandă miniatură de Velcro. Deoarece gena microRNA se potrivește cu o parte a unei gene tradiționale, microRNA s-a lipit de ARN-ul produs de gena tradițională. Procedând astfel, a blocat cealaltă genă să producă proteine.
A fost o descoperire fascinantă, dar cei doi oameni de știință au considerat că este doar o ciudățenie până când, șapte ani mai târziu, în 2000, un cercetător în laboratorul lui Ruvkun, Brenda Reinhart, a găsit o a doua genă de microARN în vierme. "Asta mi-a spus că ARN-urile mici vor fi mai frecvente decât ne-am fi așteptat", spune biologul de dezvoltare Frank Slack, care a ajutat la descoperirea în laboratorul lui Ruvkun și este acum la Yale.
Laboratorul Ruvkun a început să caute gene microARN la alte animale. Așa cum s-a întâmplat, a fost o perioadă minunată pentru a căuta anomalii genetice. În 2001, oamenii de știință au completat o secvență a întregii secvențe de ADN uman, cunoscut sub numele de genomul uman și au secvențiat rapid alți genomi, inclusiv pe șoarecele, planta muștarului, muștele fructelor și parazitul malariei. Unii genomi deveneau disponibili pe bazele de date de pe Internet, iar Ruvkun a găsit aceeași genă microRNA de la viermele C. elegans la muștele fructelor și la ființele umane. Apoi a găsit gena în moluște, pește zebră și alte specii. Între timp, grupul lui Ambros și alții au găsit zeci de gene suplimentare de microARN.
Rezultatele au fost atrăgătoare - până la urmă, nu este zilnic descoperită o nouă clasă de gene - dar nu era clar ce rol ar putea juca aceste gene miniaturi în viața oamenilor.
De aceea, Carlo Croce și George Călin au decis să arunce o privire nouă asupra cazului misterios al genei leucemiei dispărute. Calin, care este acum biolog molecular la Universitatea din Texas MD Anderson Cancer Center, a introdus secvențele cunoscute ale genelor microRNA în computerul său, comparându-le cu întinderea ADN-ului de care lipsesc numeroase celule canceroase ale pacienților CLL. „Au fost exact acolo”, își amintește el: două gene microRNA stăteau chiar acolo unde se presupunea că gena care suprimă CLL.
Călin a chemat-o imediat pe Croce în laborator: "Dr. Croce, acestea sunt genele!"
Croce se uită la Calin și clipi. „S ---!”, Își amintește Călin spunând. "Acestea sunt genele!"
Calin și Croce au testat probe de sânge de la pacienții cu leucemie și au descoperit că 68 la sută conține puțin sau niciunul dintre cele două microARN, în timp ce celulele din sânge de la persoane fără cancer aveau multe dintre molecule. Călin și Croce erau convinși: aceste două gene minuscule au făcut microARN-uri care suprimă cancerul.
„Am rămas uluit”, spune Croce. „Am avut dogma că toate genele cancerului erau gene care codifică proteine”, spune Croce. MicroRNA "a explicat multe lucruri pe care nu le puteam explica până acum. S-a schimbat modul în care am privit problema."
Călin și Croce și-au publicat descoperirea în 2002 - prima dată când cineva a implicat microARN în boala umană.
De atunci, „la fiecare cancer la care ne uităm, găsim o modificare a microARN, ” spune Croce. „Probabil în fiecare tumoră umană există modificări la nivelul microARN.”
Croce locuiește într-un conac impunător în suburbia din Arlingtonul superior al lui Columb. Muli de poștă sunt împrăștiate pe masa de bucătărie când ajungem. Croce a fost plecată de acasă săptămâni întregi, participând la conferințe și a purtat discuții la Institutele Naționale de Sănătate din Bethesda, Maryland, Academia Națională de Științe din Washington, DC, o întâlnire de cancer la San Diego, Universitatea Johns Hopkins din Baltimore și trei întâlniri in Italia. Casa se simte goală și nefolosită.
"În esență, este doar pentru dormit", spune mai târziu fiul lui Croce, Roberto, 29 de ani, despre casa tatălui său. "Mai ales își parchează bunurile acolo. Dacă este în oraș, este la serviciu, sau rămâne cu mine." Roberto lucrează la un doctorat în economie la statul Ohio. (Carlo, care nu s-a căsătorit niciodată, are și o fiică de 12 ani care locuiește în Buenos Aires.)
În interiorul casei, arta, nu știința, are rolul central. Croce deține mai mult de 400 de picturi ale unor maeștri italieni din secolul 16 - 18. El a construit o aripă cavernoasă de 5.000 de metri pătrați - tavane de 21 de metri și toate - pentru a afișa unele dintre cele mai mari tablouri.
Croce spune că a cumpărat primul său tablou la vârsta de 12 ani, pentru 100 de dolari. Îi place să cumpere tablouri atunci când are suspiciunea despre cine este artistul, dar nu știe sigur. „Nu întreb niciodată pe cineva”, spune el. „Doar îl cumpăr și atunci pot greși sau poate am dreptate”. A cumpărat un tablou cu 11 500 de dolari de la o galerie din Napoli. El a crezut că ar putea fi de un pictor baroc pe nume Bartolomeo Schedoni. "Am făcut o poză după ce a fost restaurată și am trimis-o expertului de la Schedoni. El a spus:„ Da, acesta este Schedoni. "Pictura, spune Croce, valorează probabil de 100 de ori mai mult decât a plătit-o.
„Colecția sa de artă are același îndoit experimental pe care îl are știința sa”, spune Peter Vogt, un cercetător în domeniul cancerului la Scripps Research Institute din La Jolla și un prieten al lui Croce.
De-a lungul anilor, Croce a brevetat mai multe descoperiri și a cofondat trei companii. Laboratorul său din statul Ohio se află la primele două etaje ale unei clădiri cu zece etaje. Cu un personal de aproximativ 50 de persoane, laboratorul are un buget de aproximativ 5 milioane de dolari pe an, ceea ce este la egalitate cu o mică companie de biotehnologie. Finanțarea sa provine din subvenții federale și private.
"Există o mulțime de oameni care ar spune că are succes în întregime pentru că are o cantitate uriașă de resurse. Cred de fapt că este invers; cred că are cantități uriașe de resurse pentru că are succes", spune Cavenee.
Imediat ce Croce bănuia o legătură între microARN și cancer, a început să-și pună întrebări: Oare celulele canceroase ar avea cantități diferite de microRNA decât celulele normale? Unele microARN ar fi mai frecvente decât altele în anumite tipuri de cancer? „El a fost cu adevărat prima persoană care a făcut acest salt”, spune Slack despre pariu timpuriu al lui Croce pentru microRNA-uri. "A fost nevoie de cineva cu viziunea și banii lui Carlos pentru a muta cu adevărat terenul înainte."
În 2003, Croce a recrutat Chang-Gong Liu, apoi dezvoltator de microcipuri la Motorola, pentru a proiecta un instrument care poate testa prezența microRNA-urilor într-un eșantion de celule sau țesuturi. Folosind instrumentul, numit microarray, laboratorul Croce a găsit microARN care par a fi unice pentru anumite tipuri de cancer. Pentru 3 până la 5 la sută dintre pacienții al căror cancer s-a metastazat sau s-a răspândit, dintr-o sursă necunoscută în corp, implicațiile acestei descoperiri sunt uriașe. Deoarece știind unde a început cancerul este o cheie pentru un tratament optim - tumorile apărute în diferite țesuturi răspund la abordări diferite - microRNA-urile pot fi în măsură să ajute oncologii să prescrie cele mai bune tratamente pentru astfel de pacienți.
MicroRNA-urile pot fi, de asemenea, capabile să estimeze severitatea unui cancer. Croce și colaboratorii săi au descoperit că nivelurile a două microARN-uri - numite Let-7 și mir-155 - au prevăzut supraviețuirea la pacienții cu cancer pulmonar. Grupul Croce a găsit, de asemenea, microARN care prezic dacă CLL-ul unui pacient va deveni agresiv sau va rămâne ușor. În viitor, profilul microRNA al pacientului ar putea indica dacă trebuie să urmeze un tratament agresiv și riscant sau unul mai ușor, mai sigur.
Astăzi, cercetătorii au identificat aproximativ 40 de gene microRNA asociate cu cancerele, inclusiv cele ale sânului, plămânului, pancreasului și colonului. La fel ca genele convenționale care produc proteine, genele microRNA pot fi, de asemenea, promotori ai cancerului, provocând boala dacă produc prea multe microARN. Sau pot fi supresoare de cancer; dacă sunt deteriorate sau pierdute, apare cancerul. Mai mult, oamenii de știință au început să înțeleagă cum interacționează microARN-urile cu genele tradiționale ale cancerului, dezvăluind un tablou de schimb complex de conexiuni care par să se întâmple în interiorul celulelor pe măsură ce boala preia controlul.
Cea mai mare speranță a Croce este că microRNA-urile ar putea fi utilizate într-o zi ca terapii. „Sunt convins, absolut convins”, spune el, că microARN-urile vor deveni medicamente. În unele experimente recente, el și un coleg au injectat microRNA la șoareci cu leucemie sau cancer pulmonar. Injecțiile, spune el, au oprit creșterea cancerului.
„Dovada este extrem de puternică în acest moment”, că microRNA-urile joacă un rol fundamental în cancer, spune Slack, „și devine din ce în ce mai puternic în fiecare zi”.
Cancerul nu este singura boală în care microRNA-urile apar ca jucători importanți. Studiile sugerează acum că aceste gene miniative sunt implicate în funcția sistemului imunitar, boli de inimă, schizofrenie, boala Alzheimer și sindromul Tourette. Dincolo de asta, există o listă lungă de boli care par să aibă o bază genetică, dar pentru care nu a fost identificată nicio genă convențională. Thomas Gingeras, un cercetător genom al laboratorului Cold Spring Harbour din New York, crede că unele dintre aceste boli vor fi în cele din urmă legate de microARN. „Cred că, fără îndoială, va fi cazul”, spune el.
Poate asta pentru că moleculele minuscule exercită atâta influență asupra restului corpului. Oamenii de știință estimează că oamenii au aproximativ 1000 de gene microARN, care par să controleze activitatea a cel puțin un sfert din 25.000 de gene care codifică proteinele. „Suntem uimiți de acest număr și credem că este un minim”, spune laureatul Nobel Phillip Sharp al MIT, în al cărui laborator sunt studiate microARN.
Nu este de mirare, așadar, că unii oameni de știință exprimă jenă și regret că nu au reușit să găsească genele microRNA mai devreme - în principal, deoarece nu au contestat ipotezele de bază despre gene.
„Nu a fost o problemă tehnologică”, spune Joshua Mendell, cercetător în microRNA la Johns Hopkins. "Tehnologia care este necesară pentru a studia microARN-urile nu este diferită de tehnologia folosită în ultimele două decenii", spune el. „Era mai mult o barieră intelectuală”.
Chiar și Croce, pentru tot succesul său, regretă că nu a recunoscut microRNA-urile mai devreme. La sfârșitul anilor 1980, echipa sa urmărea o genă canceroasă într-o întindere de ADN care nu codifica proteine. „Așa că am aruncat proiectul”, spune Croce. Acum știe că gena era un microARN. „Bias”, spune el, „este un lucru rău, rău”.
Sylvia Pagán Westphal este o scriitoare care trăiește în Boston, specializată în acoperirea geneticii, biologiei și medicinei.
„Schimbăm dogma” cu privire la ceea ce cred oamenii de știință despre ADN-ul uman, spune cercetătorul George Călin (la Universitatea sa din Texas Lab). Dar munca sa inovatoare cu Croce a început prost. Nu a fost „nimic mai rău”, glumește el. (Robert Seale) 
Înțelepciunea convențională a considerat că doar o întindere uriașă de ADN ar putea funcționa ca o genă. Descoperirea unei entități genetice trecute cu vederea. Croce „a fost uimit”. (Greg Ruffing / Redux) 
Biolog molecular Gary Ruvkun. (Jared Leeds) 
Biolog de dezvoltare Victor Ambros. (Jared Leeds) 
În timp ce studiau mutanții unui vierme microscopic, Gary Ruvkun și Victor Ambros au identificat o genă care era imposibil de mică. „Am fost încântați că am găsit ceva nou”, spune Ambros, „și atunci am fost nedumeriți”. (Photo Research, Inc.) 
Mulțumită studiilor recente, este clar că microRNA-urile ajută la determinarea malignității unor celule (leucemie în roz pe fondul globulelor roșii sănătoase). Acum, cercetătorii speră să folosească materialul genetic pentru a îmbunătăți diagnosticul de cancer și tratamentele. (© 2009 Rector și vizitatori ai Universității din Virginia) 
Lui Croce (acasă în Ohio) îi place să cumpere pânze chiar înainte să știe cine le-a pictat. „Colecția sa de artă are același îndoit experimental pe care îl are știința sa”, spune un coleg. (Greg Ruffing / Redux) 
MicroRNA la locul de muncă : O genă tipică este o lungă întindere de ADN, cu baze chimice ca treptele în dubla helixă; un cod genic pentru un RNS mesager care direcționează construirea unei proteine desemnate. Un gen microRNA codează o mare parte a ARN-ului care se poate lipi de o parte dintr-un ARN mesager, oprind ansamblul de proteine. (Infografie 5W)
