Биологи из Тихоокеанского северо-западного исследовательского института обнаружили у двух популяций мидий, живущих по разные стороны Атлантического океана — в Северной Европе и Южной Америке — один и тот же тип трансмиссивного рака. Это вид злокачественной опухоли, который обычно передается между организмами в одной популяции и до сих пор встречался только у собак и тасманских дьяволов. Самое странное, что популяции моллюсков относятся к разным видам — а в распространении рака с очень высокой долей вероятности виноват человек. Хайтек рассказывает, что такое трансмиссивный рак, какие животным им болеют и как ему удается преодолевать тысячи километров в поисках новой жертвы.
Что за трансмиссивный рак?
Трансмиссивный рак — особая заразная форма злокачественной опухоли, которая присутствует только у некоторых видов живых организмов. В их числе губки, тасманские дьяволы и некоторые виды моллюсков.
В обычной форме у человека и животных рак возникает в результате преобразования здоровых клеток в опухолевые в ходе многоэтапного процесса мутаций и изменений, результатом которого становится переход предракового поражения в злокачественную опухоль.
Изменения клеток происходят в результате взаимодействия между генетическими факторами и тремя категориями внешних факторов:
- физические канцерогены, такие как ультрафиолетовое и ионизирующее излучение;
- химические канцерогены, такие как асбест, компоненты табачного дыма, афлатоксин (пищевой загрязнитель) и мышьяк (загрязнитель питьевой воды);
- биологические канцерогены, такие как инфекции от определенных вирусов, бактерий или паразитов.
В последнем случае речь идет о так называемых канцерогенных инфекциях — они создают факторы, способствующие развитию онкологических заболеваний. Среди них, например, гепатит и вирус папилломы человека. По данным ВОЗ, эти две инфекции в 2012 году привели к 25% всех диагностированных случаев рака в странах со средним и низким доходом.
В обычной ситуации существует два сценария развития раковых клеток — либо их убивают иммунная система, лекарства и иные виды терапии, либо они погибают, убивая носителя — человека или животное.
В здоровом состоянии все клетки организма выполняют определенные функции и делятся в определенном порядке. Они отмирают, когда стареют или если получают повреждения. В этом случае их место занимают новые клетки. Рак начинается тогда, когда клетки начинают делиться бесконтрольно. Раковые клетки продолжают расти и размножаться и постепенно вытесняют нормальные клетки. Это вызывает проблемы в той части организма, где начался рак. Другими словами, обычные виды болезни формируются на основе изменения собственных клеток организма — у них та же ДНК, только сломанная.
Однако в 1990-х годах ученые обнаружили исключение — у двух тасманских дьяволов с лицевой злокачественной опухолью раковые клетки имели одну и ту же ДНК, которая не соответствовала ДНК пораженных животных.
Этот вид трансмиссивного рака получил название DFTD. Лицевая опухоль дьявола является очень редким типом трансмиссивной злокачественной опухоли, когда от животного к животному передаются непосредственно клетки, приводящие к росту опухолей у зараженного животного.
Наблюдения показали, что заражение происходит во время игры или драки, когда тасманские дьяволы кусают друг друга за морду. С 1996 года, когда DFTD была впервые зарегистрирована, она начала резко распространяться — настолько, что за следующие 20 лет выкосила почти всю популяцию тасманских дьяволов.
К 2017 году популяция животных на Тасмании сократилась на 77% по сравнению с 1996 годом — опухоль характеризуется высокой агрессивностью и стопроцентной смертностью зараженных животных в течение 12–18 месяцев. Из-за угрозы DFTD тасманский дьявол был помещен в список животных, которым грозит вымирание — ученые считают, что все живущие в дикой природе животные этого вида вымрут к 2030–2040 годам.
Насколько трансмиссивный рак распространен?
Похожий — заразный — тип злокачественной опухоли в 2006 году был обнаружен у собак. В случае с последними заражение происходит не при укусе, а при половом контакте — в результате спаривания.
Трансмиссивный рак собак называется CTVT — он выражается в виде опухолей на наружных половых органах как самцов, так и самок. Секвенирование ДНК зараженных этим видом рака нескольких сотен животных со всего мира показало, что опухоль впервые возникла у собаки, которая жила несколько тысяч лет назад в Азии. Отчасти этим объясняется то, что страдают от нее собаки, живущие в тропическом и субтропическом климате.
Несмотря на свою общую этиологию, DFTD и CTVT развивались независимо. DFTD — недавно появившаяся агрессивная опухоль лица, которая угрожает тасманскому дьяволу исчезновением. CTVT — это опухоль собак, передающаяся половым путем, которая, напротив, распространялась по всему миру постепенно — тысячи лет.
Опухоль у собак редко приводит к летальному исходу и развивается значительно медленнее, чем у тасманских дьяволов.
Тем не менее, в обоих случаях раковые клетки имеют отличный от ДНК хозяина геном и передаются от одной особи к другой. Оба относятся к клонально трансмиссивным раковым заболеваниям, которые распространяются путем физического переноса раковых клеток между хозяевами. Таким образом, эти два вида рака продолжают существовать путем последовательной передачи между хозяевами даже спустя много лет после смерти особей, которые их породили.
Важно отметить, что люди не подвержены трансмиссионному раку — наука не знает случаев, когда онкологические заболевания у людей передавались бы воздушно-капельным, фекально-оральным или половым путем. Трансмиссивный рак имеет место только в популяциях тасманских дьяволов, некоторых видов собак и моллюсков, генетический барьер между особями в которых, к тому же, довольно низок.
В 2015 году ученые впервые обнаружили трансмиссивный рак у двустворчатых моллюсков. Как и в случае с собаками и тасманскими дьяволами, ДНК опухоли отличалось до ДНК хозяина.
Что необычного нашли у мидий?
Целью совместной работы биологов из Канады, США и Франции было не изучение трансмиссивного рака в популяциях моллюсков, а исследование гибридизации европейских моллюсков Mytilus edulis (съедобные мидии).
Исследовав геном мидий, ученые обнаружили, что некоторые из этих моллюсков — химеры, которые несут чужеродную ДНК. Она оказалась похожа на гены M. trossulus (тихоокеанской мидии), однако ДНК было слишком мало, чтобы считать изучаемых особей гибридом двух видов.
Тогда биологи выдвинули гипотезу, что Mytilus edulis могут быть заражены BTN1 — трансмиссивным раком, который существенно сократил популяцию тихоокеанских мидий в 2018-2019 годах. Чтобы проверить гипотезу, исследователи проанализировали ДНК атлантических мидий, живущих во Франции и Нидерландах, а также M. chilensis (мидия чилийская), живущих в Чили и Аргентине.
Исследование показало, что мидии по обе стороны Атлантики болеют заразным раком, ДНК которого у особей разных оказалась очень похожей. Это значит, что новый тип рака, который возник у M. trossulus, заразил M. edulis и M. chilensis и распространился на северном побережье Атлантического океана и южном побережье Тихого океана.
Ученые назвали новый тип рака BTN2 — вероятно, он появился у моллюсков в Балтийском море, а затем распространился между популяциями.
При чем тут человек?
Точный маршрут миграции заразного рака от одной популяции мидий к другой пока неизвестен, но путешествие должно быть длительным, поскольку чилийские мидии и голубые мидии разделены несколькими тысячами километров. Авторы исследования считают, что раковые клетки не смогли бы совершить такое путешествие без помощи человека.
Во-первых, океанские течения не позволили бы клеткам пересечь экватор, а участвовавшие в исследовании виды не живут в экваториальных широтах. Ученые полагают, что распространению опухоли способствовали корабли: мидии часто растут на днищах кораблей и таким образом могли перемещаться между полушариями и океанами, где становились инвазивными видами.
Ранее в 2019 году ученые из Кембриджского университета нашли признаки влияния человека на распространение трансмиссивного рака среди собак. Впервые опухоль была обнаружена у небольшой группы животных, живущих в Азии около 11 тыс. лет назад.
Около 2 тыс. лет назад тот же вид рака распространился по Шелковому пути — в средние века им уже болели собаки в Америке, а к XIX веку опухоль встречалась на большей части мира, в том числе на отдаленных островах.
Некоторые ученые полагают, что трансмиссивные виды рака на самом деле встречаются гораздо чаще, а им подвержены не только моллюски, собаки и тасманские дьяволы. А в их распространении, с высокой долей вероятности, виноват человек.