Komórki rakowe ewoluują jak gatunki – Darwin pomaga zrozumieć nowotwory

Pełny tekst

Spis treści :

Jak teoria ewolucji Darwina pomaga zrozumieć rozwój raka?

Jak komórki nowotworowe podlegają ewolucji?

Przerzuty mogą różnić się od guza pierwotnego. Tak ewoluuje rak

Jak zasady opisane przez Karola Darwina pomagają zrozumieć jedną z najgroźniejszych chorób człowieka? Poniższy tekst jest fragmentem książki „Nowotwór złośliwy” Nicka Jamesa , wydanej w Polsce przez Wydawnictwo Uniwersytetu Łódzkiego. Autor pokazuje, że rozwój raka można analizować jako proces ewolucyjny, w którym kolejne populacje komórek gromadzą mutacje, konkurują o zasoby i przystosowują się do zmieniającego się środowiska organizmu.

Jak teoria ewolucji Darwina pomaga zrozumieć rozwój raka?

Ludzka komórka zawiera około 21 tys. genów rozmieszczonych w 23 parach chromosomów . Obecnie technologia sekwencjonowania DNA jest tak powszechna, że pozwala na dokładne porównanie genomów komórek prawidłowych i nowotworowych , ujawniając złożony i dynamiczny obraz zmian genetycznych.

Z biegiem czasu geny ulegają mutacjom w stosunkowo stałym tempie. Dzięki temu, analizując różnice między dwoma genomami, można oszacować czas, jaki upłynął od życia ich wspólnego przodka. Podobne metody stosowano od dawna w biologii ewolucyjnej , np. do określenia momentu, w którym ludzie i małpy człekokształtne mieli wspólnego przodka. Ostatnio techniki te zostały wykorzystane do badania nowotworów, pozwalając ustalić, w jaki sposób genomy komórek nowotworowych różnią się od ich macierzystych tkanek oraz które zmiany genetyczne mogą sprzyjać rozprzestrzenianiu się raka do nowych miejsc w organizmie.

Teoria ewolucji Karola Darwina jest prawdopodobnie jedną z najbardziej znanych teorii naukowych. Ponad 150 lat po opublikowaniu dzieła „O powstawaniu gatunków” (ang. The Origin of Species) wciąż pozostaje niezwykle wpływowa, a w niektórych środowiskach budzi kontrowersje. Kluczowym odkryciem Darwina było to, w jaki sposób gatunki ewoluują i różnicują się pod wpływem doboru naturalnego . Zasadniczo zmiany w genach pojawiają się losowo lub pod wpływem czynników zewnętrznych, takich jak czynniki rakotwórcze. Te zmiany prowadzą do różnic w cechach organizmu, które wpływają na jego zdolność przystosowania się do środowiska. Cechy dziedziczne dające przewagę mają większe szanse na przekazanie kolejnym pokoleniom.

Jak komórki nowotworowe podlegają ewolucji?

Te same zasady można zastosować na poziomie komórkowym w rozwoju i wzroście nowotworów, a ewolucja raka jest dziś bardzo aktywnym obszarem badań onkologicznych . Podstawowe założenia teorii ewolucji – zmienność, dziedziczność i dobór – można wprost odnosić do zachowań obserwowanych w komórkach nowotworowych. Ponadto trzeci element ewolucji nowotworu podlega dwóm zestawom zasad doboru: środowisku w organizmie pacjenta oraz stosowanym terapiom . Każdy z tych aspektów zostanie omówiony osobno.

Jak już wspomniano, podział komórek, choć bardzo dokładny, nigdy nie jest całkowicie precyzyjny. Nowotwór z definicji wiąże się z zaburzoną replikacją DNA, a jedną z jego „cech charakterystycznych” jest niestabilność genomu . W efekcie komórki nowotworowe częściej generują nowe mutacje . Ponadto brak skutecznej kontroli nad replikacją powoduje, że komórki z dodatkowymi mutacjami mają większe szanse na dalszą proliferację, co prowadzi do powielania tych zmian w obrębie guza. Ze względu na szybsze tempo podziałów w komórkach nowotworowych zmiany te zachodzą częściej niż w sąsiadujących, prawidłowych tkankach. Pierwsze dwa warunki konieczne do obserwacji efektów ewolucyjnych – zmienność i dziedziczność – są więc wyraźnie obecne i mają istotne znaczenie w biologii nowotworów.

Pojawienie się nowoczesnych, precyzyjnych i stosunkowo niedrogich metod sekwencjonowania DNA sprawiło, że w ostatnich latach biologia ewolucyjna nowotworów przeżywa prawdziwy rozkwit . Możliwość sekwencjonowania DNA z wielu próbek nowotworowych – zarówno w badaniach przekrojowych, czyli obejmujących wiele próbek pobranych jednocześnie, jak i w badaniach podłużnych, w których kolejne próbki pobiera się w czasie – pozwala coraz lepiej rozumieć wzrost i rozprzestrzenianie się nowotworów .

Przerzuty mogą różnić się od guza pierwotnego. Tak ewoluuje rak

W chwili początkowej diagnozy w komórkach nowotworowych występuje wiele mutacji. Szczególne znaczenie ma porównanie guza pierwotnego z przerzutami , ponieważ często tylko część mutacji występuje w obu lokalizacjach. Ponadto niektóre mutacje mogą pojawiać się wyłącznie w zmianach wtórnych, co sugeruje, że powstały już w przerzucie i stamtąd były dalej propagowane .

Można wyróżnić kilka potencjalnych wzorców zmian genetycznych w nowotworach. W ewolucji liniowej zachodzi seria mutacji, z których każda staje się dominującym typem komórek w guzie , stopniowo zastępując wcześniejsze komórki w miarę ich starzenia się i śmierci. Wariantem tego jest ewolucja neutralna, w której pojawiają się zmiany genetyczne, ale żadna z nich nie daje przewagi proliferacyjnej pozwalającej na wyparcie innych komórek. W tym przypadku wykrywa się wiele różnych mutacji, które jednak niekoniecznie wpływają na zachowanie guza. Takie mutacje mogą stać się istotne w kontekście terapii, jeśli zmienią odpowiedź nowotworu na leczenie .

Trzecim istotnym wzorcem jest ewolucja rozgałęziająca się , w której mutacje powstają w obrębie pierwotnego guza, ale rozwijają się w wielu odrębnych wariantach. Ten typ wzorca jest często obserwowany w nowotworach przerzutowych – jedna mutacja może nadać zdolność wzrostu w kościach, a inna w płucach , dlatego przerzuty w różnych narządach mogą różnić się profilem mutacji. Jak można się spodziewać, w praktyce wzorce te mogą się nakładać, tworząc złożoną dynamikę ewolucyjną guza . Schemat wzorców ewolucyjnych odnosi się do biologii wszystkich komórek nowotworowych, jednak istotne jest również zrozumienie, w jaki sposób te zmiany przekładają się na wzrost i rozprzestrzenianie się nowotworu .

Fragment pochodzi z książki Nicka Jamesa, Nowotwór złośliwy, tłum. Aneta Balcerczyk i Kamila Soboska, Wydawnictwo Uniwersytetu Łódzkiego, Łódź 2026. Tytuł oryginału: Cancer: A Very Short Introduction, Second Edition, Oxford University Press 2025. Tytuł, lead i śródtytuły pochodzą od redakcji. Fragment opublikowano za zgodą wydawcy.