Единая причина

Весна 2005 года — поворотный момент в нашей онкологической стажировке. Путям стажеров суждено разделиться. Трое из нас продолжат работу в клинике, сосредоточившись на клинических исследованиях и ежедневном приеме пациентов. Четверо отправятся в исследовательские лаборатории, оставив за собой лишь несколько часов еженедельно в клинике и горстку пациентов.

Выбор между этими путями делается инстинктивно. Некоторые мысленно видят себя клиницистами, другие — учеными-исследователями. Мои устремления слегка изменились с первого дня интернатуры. Клиническая медицина не оставляет меня равнодушным, но я — лабораторная крыса, бродячее существо, меня притягивает фундаментальная биология рака. Поразмыслив, какой тип рака выбрать для лабораторного исследования, я понимаю, что меня влечет лейкемия. Лабораторию выбираю самостоятельно, а вот тема моего исследования определена пациенткой. Болезнь Карлы оставила заметный отпечаток на моей жизни.

Однако в сумерках полного погружения в больничные будни подчас выпадают моменты, напоминающие о том, как удивительна и увлекательна клиническая медицина. Вот я сижу поздним вечером в дежурной, больница вокруг затихла, слышится лишь металлическое позвякивание раскладываемых перед ужином столовых приборов. Воздух за окном набух ожиданием близкого дождя. Нас семеро, мы все стали близкими друзьями и теперь составляем списки пациентов для передачи новым стажерам. Лорен читает свой список вслух, называя имена своих подопечных, умерших за два первых года практики. В порыве внезапного вдохновения после каждого имени она делает паузу, а потом прибавляет пару коротких фраз, будто эпитафию.

Это своего рода импровизированная поминальная служба. В комнате что-то неуловимо меняется. Я присоединяюсь к Лорен — называю имена моих умерших пациентов и прибавляю пару-другую фраз в память о них.

Кеннет Армор, шестьдесят два года, специалист по внутренним болезням, рак желудка. В последние дни мечтал о коротком отпуске вместе с женой и о возможности поиграть со своими кошками.

Оскар Фишер, тридцать восемь лет, мелкоклеточный рак легких. Умственно неполноценный с рождения, любимец матери. Когда он умер, она вложила ему в пальцы четки.

В тот вечер я засиживаюсь над своим списком, до глубокой ночи вспоминая имена и лица. Как увековечить своих пациентов? Эти люди стали моими друзьями, собеседниками, учителями — моей приемной семьей. Я стою у стола, словно на похоронах; в ушах шумит, глаза обжигают жаркие слезы. Обведя взглядом комнату и пустые столы, я вдруг осознаю, как же сильно изменили нас два этих коротких года. Самоуверенный, честолюбивый и сообразительный Эрик стал тише и самоуглубленнее. Эдвин, в первый месяц до крайности жизнерадостный и оптимистичный, открыто говорит о горе и смирении. Рик, по образованию химик-органик, до того увлекся клинической медициной, что сомневается, возвращаться ли ему в лабораторию. Лорен, замкнутая и зрелая, оживляет свои проницательные суждения шутками про онкологию. Столкновение с раком обтесало нас всех — сгладило и отполировало, точно камни в реке.

* * *

Через несколько дней я встречаюсь с Карлой в процедурной. Она болтает с медсестрами — небрежно, как с давними подругами. Издалека она неузнаваема. Смертельная бледность, памятная мне по первому дню Карлы в клинике, сменилась легким румянцем. Синяки на руках от бесконечных капельниц исчезли. Ее дети вернулись к обычным занятиям, муж снова вышел на работу, мать спокойно живет во Флориде. Жизнь Карлы почти возвратилась к норме. Она рассказывает мне, что ее дочурка иногда просыпается от кошмаров. Я интересуюсь, не след ли это недавней травмы из-за годового испытания Карлы, но пациентка уверенно качает головой: «Нет. Это просто детские страхи, чудища в темноте».

Со времени первоначальной постановки диагноза прошло чуть больше года. Карла все еще принимает таблетки 6-меркаптопурина и метотрексата — лекарство Бурченала и лекарство Фарбера, комбинация, предназначенная блокировать деление остаточных раковых клеток. Вспоминая худшие дни своего недуга, она передергивается от отвращения, однако в ней чувствуется что-то нормализующее и исцеляющее. Чудовища, осаждавшие ее саму, исчезли, как старые синяки.

Результаты анализов Карлы, поступившие из лаборатории, совершенно нормальны. Ремиссия продолжается. Я изумлен и восхищен новостями, однако преподношу их осторожно, как можно нейтральнее. Подобно всем пациентам, Карла с глубокой подозрительностью относится к чрезмерному энтузиазму: взлетает на седьмое небо от радости крошечной победы тот врач, который готовит пациента к неминуемому поражению. Однако на сей раз никаких причин для подозрительности нет. Я сообщаю ей, что анализы выглядят нормально и что сегодня тестов не требуется. Карла знает: при лейкозе лучшие новости — это отсутствие новостей.

* * *

Позднее в тот вечер, закончив с записями, я возвращаюсь в лабораторию. Она гудит, точно пчелиный улей. Постдоки и студенты-старшекурсники роятся вокруг микроскопов и центрифуг. В общем гуле изредка различаются медицинские слова и фразы, но в общем и целом лабораторный жаргон сильно отличается от медицинского диалекта. Все равно что переехать в соседнюю страну — с похожим стилем жизни, но совершенно другим языком.

— Но на ПЦР лейкозной клетки фрагмент должен был выделиться.

— А по какому гелю ты прогонял?

— Агароза, четыре процента.

— И РНК при центрифугировании не разложилась?

Я вытаскиваю из холодильника плашку с клетками. В плашке триста восемьдесят четыре крохотные лунки — в каждую еле-еле влезет два зернышка риса. В каждую лунку я рассадил двести человеческих лейкозных клеток, а потом добавил то или иное химическое вещество из огромной коллекции еще не испытанных препаратов. Параллельно я посадил и «близнецовую» плашку, где в каждой лунке находится по двести нормальных стволовых клеток крови с добавкой тех же веществ.

Несколько раз в день автоматическая камера, специально предназначенная для микроскопии, фотографирует все лунки в обеих плашках, а компьютерная программа подсчитывает количество лейкозных и нормальных стволовых клеток. Цель эксперимента — поиск химических веществ, убивающих лейкозные клетки, но щадящих стволовые, то есть специфической терапии лейкозов.

Я забираю из одной лунки несколько миллилитров среды с лейкозными клетками и рассматриваю их под микроскопом. Они выглядят гротескно: раздутые, с увеличенными ядрами и тонким ободком цитоплазмы — характерный признак клетки, всей сутью нацеленной на то, чтобы делиться, делиться и делиться без остановки, одержимо и патологически. Эти лейкозные клетки поступили в лабораторию из Национального института онкологии, где их культивируют и изучают вот уже почти тридцать лет. То, что эти клетки продолжают делиться с непристойной плодовитостью — лишнее доказательство устрашающей силы заболевания.

Технически выражаясь, эти клетки бессмертны. Женщина, от которой они были взяты, умерла тридцать лет назад.

Вирхов обнаружил эту силу пролиферации — то есть размножения клеток — еще в 1858 году. Рассматривая под микроскопом образцы раковых тканей, он понял, что рак — это гиперплазия клеток, непомерное патологическое размножение. Он определил и описал эту главную аномалию, однако не сумел постичь ее причины. Вирхов считал, что неумеренное размножение клеток, ведущее к их разрастанию и озлокачествлению, вызывается воспалением, естественной реакцией организма на повреждение, проявляющейся в покраснении и распухании пораженного участка и в активации иммунных систем организма. Он был почти прав — хроническое воспаление, тлеющее в организме несколько десятилетий кряду, вызывает рак (например, хроническая вирусная инфекция гепатита вызывает рак печени), — но упустил главную причину. Воспаление заставляет клетки делиться в ответ на повреждение организма, и это спровоцированное деление вызвано внешним фактором, например, бактерией или вирусом. При раке же раковая клетка приобретает способность делиться автономно, подчиняясь лишь внутренним сигналам. Вирхов относил рак на счет нарушения внешней среды вокруг клетки. Он не понял, что истинное нарушение происходит внутри самой раковой клетки.

В двухстах милях к югу от берлинской лаборатории Вирхова Вальтер Флемминг, пражский биолог, пытался выяснить природу аномального клеточного деления — правда, выбрав в объекты не человеческие клетки, а икринки саламандр. Чтобы понять механизм клеточного деления, Флеммингу понадобилось визуализовать внутреннюю анатомию клетки. Для этого он в 1897 году красил делящиеся клетки саламандр анилином, красителем общего действия, используемым еще Эрлихом. При окрашивании в ядрах стали видны голубоватые нитчатые структуры, которые перед делением клетки сгущались и уплотнялись, становясь ярче и отчетливее. Флемминг назвал эти синеватые структуры хромосомами — «окрашенными тельцами». Он обнаружил, что клетки разных видов животных имеют строго определенное количество хромосом (у людей сорок шесть, у саламандр четырнадцать). Во время клеточного деления хромосомы удваивались и поровну распределялись между дочерними клетками, тем самым поддерживая свое число неизменным от поколения к поколению. Однако Флеммингу не удалось понять, какие именно функции выполняют в клетках эти загадочные «окрашенные тельца».

Нацель Флемминг свои объективы не на икринки саламандр, а на человеческие образцы, возможно, ему удалось бы сделать следующий концептуальный шаг в понимании аномальности раковых клеток. Этот логический ход совершил бывший ассистент Вирхова, Давид Пауль фон Ганземан. Исследуя под микроскопом раковые клетки, окрашенные анилином, фон Ганземан обратил внимание на то, что Флемминговы хромосомы в этих клетках ведут себя аномально — расщепленные, обтрепанные, распавшиеся на несколько частей, соединившиеся заново, утроенные и учетверенные.

Наблюдения фон Ганземана позволяли сделать важнейшие выводы. Большинство ученых продолжали искать в раковых клетках каких-то паразитов, да и теория Беннетта о спонтанном нагноении все еще завораживала умы патологов. Однако фон Ганземан предположил, что подлинная аномальность кроется именно в структуре внутренних телец раковых клеток — в хромосомах, а значит, и в самих раковых клетках.

Однако причина это — или же результат? Ракли изменил структуру хромосом, или же изменения структуры хромосом привели к возникновению рака? Фон Ганземан наблюдал корреляцию между хромосомными изменениями и раком, и ему требовался эксперимент, который позволил бы определить, где причина, а где следствие.

Недостающее экспериментальное звено явилось из лаборатории Теодора Бовери, еще одного бывшего ассистента Вирхова. Подобно Флеммингу, работавшему с икринками саламандр, Бовери предпочитал изучать простые клетки простых организмов, икринки морских ежей, которые он собирал на продуваемых ветрами пляжах близ Неаполя. Яйцеклетки у морских ежей, как и у большинства животных, строго моногамны: как только сперматозоид проникнет туда, яйцеклетка мгновенно ставит барьер, препятствующий проникновению всех прочих. После оплодотворения яйцеклетка делится, образуя сначала две, а потом четыре клетки — каждый раз удваивая хромосомы и аккуратно распределяя их между дочерними клетками. Чтобы понять механизм этого естественного разделения хромосом, Бовери изобрел в высшей степени неестественный эксперимент. Вместо того чтобы позволить яйцеклетке оплодотворяться только одним сперматозоидом, он при помощи химических препаратов удалил ее внешнюю оболочку и оплодотворил двумя сперматозоидами сразу.

Как обнаружил Бовери, множественное оплодотворение влекло за собой полнейший хромосомный хаос. В результате проникновения в яйцеклетку двух сперматозоидов клетка начинала делить хромосомы на три части — что совершенно невозможно сделать поровну. Яйцеклетка морского ежа, неспособная нормально распределить хромосомы по дочерним клеткам, приходила в полнейшее внутреннее расстройство. Отдельные клетки, которые получали правильную комбинацию из всех тридцати шести хромосом, развивались нормально. Клетки, получившие ущербную комбинацию, либо не могли закончить деления, либо вообще не пробовали делиться и умирали. Бовери сделал вывод: должно быть, хромосомы переносят какую-то информацию, жизненно важную для нормального развития и размножения клеток.

Это заключение позволило Бовери выдвинуть смелую, хотя, пожалуй, слегка притянутую за уши гипотезу касательно природы главной аномальности раковых клеток. Поскольку в раковых клетках наблюдались поразительные нарушения хромосом, Бовери предположил, что подобная хромосомная аномалия и является причиной характерного для рака патологического деления клеток.

Бовери поймал себя на том, что невольно возвращается к Галену, к старой теории, что все типы раков объединены одной и той же аномальностью — «единая причина карцином», как назвал эту теорию Бовери. Раки, писал он, вовсе не являются «неестественной группой разнородных заболеваний». Нет, за всеми ними стоит одно и то же общее свойство, единая аномалия, причиной которой служат аномальные хромосомы, а значит, это внутренняя аномалия, присущая любым раковым клеткам. Бовери не мог указать конкретно, в чем заключается природа этого глубокого внутреннего нарушения, однако именно оно, считал он, и является «единой причиной карцином» — все дело не в хаосе черной желчи, а в хаосе синих хромосом.

В 1914 году Бовери опубликовал свою хромосомную теорию рака в изящном научном памфлете под названием «Касательно природы злокачественных опухолей» — шедевре фактов, фантазии и вдохновенных догадок, сшивших в единую ткань морских ежей и злокачественность. Однако теория Бовери столкнулась с неожиданной проблемой, с противоречащим фактом, который никак не удавалось объяснить. В 1910 году, за четыре года до выхода памфлета Бовери, Пейтон Раус, сотрудник института Рокфеллера, продемонстрировал, что рак у кур возникает под воздействием вируса, получившего название вируса саркомы Рауса, или ВСР.

Однако в качестве возбудителей заболевания вирус саркомы Рауса и хромосомы Бовери были совершенно несовместимы. Вирус — это патоген, внешний фактор, вторгшийся в клетку извне и чужеродный ей. А хромосомы — внутренняя структура, присущая самой клетке. Две противоположности никак не могут притязать на роль «единой причины» одного и того же заболевания. Как внутренний фактор, хромосома, и внешний возбудитель инфекции, вирус, могут вызывать одно и то же заболевание — рак?

В отсутствие конкретных доказательств той или иной теории теория вирусного происхождения рака казалась и привлекательнее, и правдоподобнее. Вирусы, впервые выделенные в 1898 году как микроскопические инфекционные частицы, вызывающие заболевания у растений, стали все чаще выявляться причинами самых разнообразных болезней и у людей, и животных. В 1909 году, за год до того как Раус получил вирус, вызывающий рак, Карл Ландштейнер предположил, что другой вирус является причиной полиомиелита. К началу 1920-х годов были выделены и культивированы в лабораторных условиях вирусы коровьей оспы и герпеса человека, что еще сильнее скрепило связь между вирусами и болезнями людей и животных.

Несомненно, к вере в вирусную природу рака примешивалась и надежда на исцеление. Если причина рака носит внешний, инфекционный характер, то и возможность найти от него лекарство представляется куда более вероятной. Как показал Дженнер, вакцинация вирусом коровьей оспы предотвращала куда более опасную натуральную оспу. Открытие Раусом вируса, вызывающего рак — пусть даже и у кур, — немедленно наводило на мысль о вакцине против рака. Напротив, теория Бовери о том, что рак вызывается некой таинственной проблемой, скрывающейся в ниточках хромосом, покоилась на весьма шатких теоретических доказательствах и не предлагала никакой надежды на исцеление.

Покуда понимание механизмов рака колебалось в неизвестности между вирусами и хромосомами, в биологии начала двадцатого века гремела революция в понимании функционирования нормальной клетки. Семена этой революции посеял застенчивый близорукий монах из захолустной австрийской деревушки Брюнне (ныне город Брно в Чехии), увлекавшийся выведением гороха. В начале 1860-х годов Грегор Мендель в одиночку определил у чистосортных растений несколько характеристик, отличающихся четким наследованием: расцветка цветов, структура поверхности горошин и высота самого растения. Скрещивая при помощи крошечного пинцета высокие растения с низкими или же растения с синими цветками и растения с зелеными цветками, Мендель наткнулся на поразительный феномен. При скрещивании низких растений с высокими вовсе не получалось растений средней высоты — получались неизменно высокие. А при скрещивании гороха с морщинистыми семенами и гороха с гладкими семенами горошины всегда получались морщинистыми.

Эти эксперименты Менделя позволяли сделать далеко идущие выводы: наследственные черты, предположил он, передаются в виде отдельных и неделимых факторов. Биологические организмы переносят от клетки к ее потомкам «инструкции» в виде подобных единиц информации.

Мендель визуализовал эти свойства или черты в виде описательных признаков: цвет, структура поверхности или высота растения, передающиеся от поколения к поколению. Он не мог увидеть или вычислить, что именно в растительной клетке является переносчиком информации. Примитивный световой микроскоп, едва позволявший заглянуть внутрь клетки, не в состоянии был выявить скрытый в ней механизм наследования. Мендель даже не придумал никакого названия для обнаруженных им единиц наследственности; спустя десятилетия, в 1909 году, ботаники окрестили их генами. Однако название не предлагало никакого нового объяснения структуры или механизма работы генов. Исследования Менделя затронули провокационный вопрос, остававшийся без ответа полвека: какова вещественная, физическая форма воплощения этих генов — единиц наследования — в клетке?

В 1910 году Томас Хант Морган, эмбриолог из Колумбийского университета в Нью-Йорке, наконец ответил на этот вопрос. Подобно Менделю, Морган был пылким селекционером, только разводил не горох, а плодовых мушек, дрозофил, сотнями выращивая их на подгнивших бананах в «Мушиной комнате» на окраине университетского кампуса. Как и Мендель, он, в свою очередь, обнаружил, что наследственные признаки передаются в поколениях мушек неделимыми единицами — например, цвет глаз и узор на крылышках передавались от родителей к отпрыскам в чистом виде, не смешиваясь.

Морган сделал и еще одно наблюдение. Он обратил внимание, что некоторые редкие черты, например, белоглазость, по природе сцеплены с полом мушки: белоглазость встречалась исключительно у самцов. Однако Морган знал, что «маскулинность» — наследование пола — связана с хромосомами. Итак, выходило, что гены переносятся хромосомами, нитчатыми структурами, обнаруженными Флеммингом три десятка лет назад. Многие первоначальные наблюдения Флемминга по поводу хромосом мгновенно обрели для Моргана новый смысл. Во время деления клетки хромосомы удваиваются, а вместе с ними удваиваются и гены, тем самым передаваясь от клетки к клетке, от организма к потомкам. Хромосомные нарушения вызывают нарушения деления и развития у морских ежей, а значит, за это отклонение ответственны аномальные гены. В 1915 году Морган предложил важнейшую поправку к теории наследственности, созданной Менделем: гены переносятся хромосомами. Именно переход хромосом в новые клетки во время деления и позволяет генам передаваться от родительской клетки к дочерним.

Третий прорыв в представлении о генах был сделан в исследовании Освальда Эвери, бактериолога из Нью-Йоркского университета Рокфеллера. Мендель обнаружил, что гены способны передаваться от поколения к поколению; Морган доказал, что они переносятся хромосомами. В 1926 году Эвери открыл, что у некоторых видов бактерий гены способны передаваться еще и латерально — от бактерии к ее соседке. Даже мертвые, неактивные бактерии — конгломерат химических соединений — могли передавать живым бактериям генетическую информацию. Отсюда напрашивался вывод, что за перенос генов ответственно какое-либо неактивное химическое вещество. Эвери разделил убитых высокой температурой бактерий на химические составляющие и в поисках переносчика генов принялся тестировать каждый компонент по отдельности. В результате этих исследований Эвери и его исследовательская группа в 1944 году сообщили, что гены переносятся одним конкретным соединением — дезоксирибонуклеиновой кислотой, или ДНК. То, что ученые считали чем-то вроде клеточного балласта без какой бы то ни было конкретной функции — «глупой молекулой», как пренебрежительно назвал ее биолог Макс Дельбрюк, — оказалось центральным переносчиком генетической информации в клетке, наименее глупой молекулой во всем химическом мире.

В середине 1940-х годов, через тридцать лет после того как изобрели термин, молекулярная природа гена несколько прояснилась. Функционально ген являлся единицей наследования, переносящей биологический признак от одной клетки к другой или от поколения к поколению. Физически гены существовали в клетках в форме хромосом, а химически — состояли из ДНК, дезоксирибонуклеиновой кислоты.

Однако ген всего лишь переносит информацию. Функциональное, физическое и химическое понимание природы гена взывало и о понимании механизма действия: как именно генетическая информация считывается в клетке? Что именно делают гены — и как они это делают?

В поисках ответа на все эти вопросы Джордж Бидл, студент Томаса Моргана, перешел от излюбленных его наставником плодовых мошек к еще более примитивному организму — слизистой плесени. В сотрудничестве с биохимиком Эдуардом Тейтумом из Стэнфордского университета Бидл открыл, что гены переносят инструкции для синтеза белков — сложных многомерных молекул, являющихся основными рабочими структурами клетки.

Белки, как обнаружили исследователи в 1940-е годы, исполняют множество клеточных функций. Они образуют энзимы — катализаторы, ускоряющие жизненно необходимые для клетки биохимические реакции; служат рецепторами для других белков или иных молекул, отвечающих за перенос сигнала от одной клетки к другой; строят структурные компоненты клетки, например молекулярный скелет, позволяющий клетке занимать в пространстве ту или иную конфигурацию, а также регулируют работу других белков, тем самым создавая в клетке крошечные цепи событий, координирующие ее жизненный цикл.

Бидл и Тейтум обнаружили, что ген «работает», обеспечивая схему для построения белка. Белок — это реализованный ген, механизм, построенный по заданному геном чертежу. Однако белки не строятся напрямую из генов. В конце 1950-х годов Жак Моно и Франсуа Жакоб в Париже, Сидней Бреннер и Мэтью Мезельсон в Калифорнийском технологическом институте и Фрэнсис Крик в Кембридже обнаружили, что для образования белка на основе гена требуется промежуточный шаг — молекула, называющаяся рибонуклеиновой кислотой, или РНК.

РНК — это рабочая копия исходной генетической схемы. Именно через нее ген транслируется в белок. Такая промежуточная копия РНК называется матрицей. Генетическая информация передается от родительской клетки дочерним в результате серии отдельных координированных этапов. Вначале локализованные в хромосомах гены удваиваются при делении и передаются дочерним клеткам, потом ген в виде ДНК преобразуется в копию РНК, а затем эта матрица РНК переводится в белковую форму. Белок, конечный продукт генетической информации, исполняет функции, заложенные в гене.

Процесс передачи внутриклеточной информации можно проиллюстрировать на примере, позаимствованном у Менделя и Моргана. У красноглазых мушек глаза красные из-за того, что у них есть ген, передающий информацию для синтеза красного пигментного белка. Каждый раз, как происходит деление клетки, создается копия этого гена, и потому он переходит от мушки к ее яйцеклеткам, а далее к ее потомкам. В клетках глаз у потомков такой красноглазой мушки этот ген «расшифровывается», то есть переводится в форму матричной РНК, которая, в свою очередь, заставляет клетку синтезировать красный пигментный белок, так что потомок красноглазой мушки тоже становится красноглазым. Любое нарушение в этом информационном потоке способно нарушить передачу признака красноглазости, что приведет к появлению мушек с бесцветными глазами.

Такой однонаправленный поток генетической информации — от ДНК к РНК, от РНК к белку — оказался универсальным для всех живых организмов, от бактерии или плесени до плодовых мушек и людей. В середине 1950-х годов биологи назвали этот принцип центральной догмой молекулярной биологии.

Век изумительных биологических открытий — от обнаружения Менделем генов в 1860 году до выделения Жаком Моно РНК-овых копий генов в конце 1950-х годов — выявил внутренние процессы жизнедеятельности нормальной клетки. Однако это практически не пролило света на жизнедеятельность раковой клетки и на причины возникновения рака — за исключением двух мучительно дразнящих моментов.

Первое такое озарение явилось из наблюдений за людьми. Врачи девятнадцатого века отмечали, что некоторые разновидности рака, например рак молочной железы и яичников, имели тенденцию встречаться в разных поколениях одной семьи. Само по себе это еще не доказывало наследственного характера болезни: ведь в семьях одинаковыми могут быть не только гены, но и привычки, вирусы, еда, подверженность воздействию тех или иных химических веществ и предрасположенность к нервным заболеваниям — все факторы, так или иначе связанные с причинами рака. Однако иногда семейная история бывала настолько яркой, что наследственный (а значит, и генетический) фактор игнорировать попросту не удавалось. В 1872 году Иларио де Гувеа, бразильский офтальмолог из Рио-де-Жанейро, лечил мальчика с редкой разновидностью глазного рака (ретинобластома) хирургическим удалением глаза. Мальчик выжил, вырос и женился на девушке, у которой в семье не встречалось рака. В их браке родилось несколько детей, причем у двух дочерей возникли ретинобластомы на обоих глазах, и обе девочки умерли. Де Гувеа описал этот случай как медицинскую загадку. Он не владел языком генетики, но для последующих наблюдателей этот случай предполагал ярко выраженный наследственный фактор, «живущий» в генах и вызывающий рак. Однако подобные случаи встречались так редко, что гипотезу было трудно проверить экспериментально, и сообщение Гувеа проигнорировали.

Второй раз ученые подобрались к причинам рака почти вплотную — едва не угодив в центральный нервный узел канцерогенеза — через несколько десятилетий после странной бразильской истории. В 1910-е годы Томас Морган, изучая в Колумбийском университете генетику дрозофил, заметил, что среди мушек время от времени появляются мутантные особи. В биологии слово «мутант» означает особь, отличающуюся от нормальных. В огромной стае мух с нормальными крыльями иногда возникает «уродец» с круглыми или искривленными крыльями. Морган заметил это и понял, что мутации являются результатом нарушения в генах и передаются от одного поколения следующим.

Однако что вызывало эти мутации? В 1928 году Герман Джозеф Меллер, один из учеников Моргана, обнаружил, что рентгеновское излучение во много раз повышает уровень мутаций у дрозофил. В опытах же самого Моргана мутации дрозофил происходили спонтанно. Как выяснилось впоследствии, при удвоении ДНК перед делением клетки иной раз происходят сбои и ошибки, вызывающие спонтанные изменения в генах, а тем самым и мутации. Меллер выяснил, что частоту таких изменений можно увеличить. Подвергая дрозофил облучению, он обнаружил, что получает по нескольку сотен мутантных мух за несколько месяцев — больше, чем Морган со своими коллегами получили в ходе двадцатилетней целенаправленной программы разведения дрозофил.

Связь между рентгеновскими лучами и мутациями едва не привела Моргана и Меллера к важнейшему прозрению насчет рака. Известно было, что радиация вызывает рак — вспомним хотя бы лейкемию Марии Кюри и рак языка у изготовителей часов с радием. Поскольку она же вызывает еще и мутации в генах, не могут ли подобные генетические изменения и служить «единой причиной» рака?

Если бы Меллер и Морган, ученик и учитель, сложили воедино свои внушительные научные таланты, они бы ответили на этот вопрос и открыли бы принципиальную связь между мутациями и злокачественностью. К сожалению, бывшие друзья и коллеги превратились в яростных и ожесточенных соперников. Ставший на старости лет сварливым и косным Морган отказался признать значение теории мутагенеза Меллера, посчитав ее вторичным наблюдением, не имеющим отношения к делу. Меллер же, в свою очередь, был обидчив до параноидальности — ему казалось, будто Морган украл его идеи и пожинает незаслуженную славу. В 1932 году, перебравшись со своей лабораторией в Техас, Меллер отправился в ближайший парк и выпил флакон снотворного, пытаясь покончить с собой. Он выжил, но тревожность и депрессия одолевали его всю жизнь, губительно сказываясь на его трудах в последние годы.

Морган упорно придерживался самого пессимистического мнения о важности работ, выполненных на дрозофилах, для понимания болезней людей. В 1933 году он получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине за имеющие огромное значение исследования генетики дрозофил, а в 1946 году Нобелевскую премию получил и Меллер, независимо от своего учителя. Однако сам Морган писал о медицинской значимости своих работ весьма уничижительно: «На мой взгляд, самый важный вклад, внесенный генетикой в медицину, является чисто интеллектуальным». Он допускал, что когда-нибудь, в неопределенно далеком будущем, слияние генетики и медицины все же произойдет. «Возможно, — рассуждал он, — тогда врач сможет позвать на консультацию своего приятеля-генетика».

Однако онкологам 1940-х годов идеи подобных консультаций казались преждевременными. Поиски внутренней, генетической причины рака со времен Бовери зашли в тупик. В раковых тканях наблюдались патологические митозы, но ни генетики, ни эмбриологи не могли ответить на ключевой вопрос: что вызывает столь резкий переход митозов от идеально выверенной программы к полному хаосу?

Более того, перед этим вопросом пасовало и биологическое воображение. Бовери проделал головокружительный переход от морских ежей к карциномам, а Морган — от гороха к плодовым мушкам отчасти потому, что и сама биология непринужденно скакала от организма к организму, повсюду обнаруживая все те же принципиальные клеточные схемы, заложенные в структуры всего мира живых организмов. Перенести логику этих структурных схем на человеческие болезни оказалось гораздо сложнее. Морган собрал в Колумбийском университете огромную коллекцию дрозофил-уродцев, но ни одно из этих уродств не напоминало реальные человеческие недуги. Никто не верил, что врач-онколог когда-нибудь воспользуется помощью «приятеля-генетика» в вопросах патофизиологии рака.

В 1970-е годы онкологи вернутся к языку генов и мутаций, но для обнаружения подлинной «единой причины» рака им суждено было еще полвека петлять по просторам новой биологии.

 

Под фонарями вирусов

Биохимик Артур Корнберг однажды пошутил, что современная биология в ранние свои дни напоминала бедолагу, который искал потерянные ключи под фонарем, объясняя, что на самом деле он забыл их дома, но ищет «там, где светлее».

На заре современной биологии эксперименты на биологических организмах были трудновыполнимы, а результаты — малопредсказуемы, что приводило к жестким ограничениям при выборе экспериментальной модели. Ученые ставили опыты на самых простых организмах — плодовых мушках, морских ежах, бактериях, плесени, — в общем, «там, где светлее».

В онкологии роль такого пятна света играл вирус саркомы Рауса — редкий вирус, порождающий редкий рак у кур. Он оставался самым надежным способом вызвать рак в живых организмах. Онкологи знали, что облучение, сажа, табачный дым и асбест представляют гораздо более распространенные факторы риска для образования рака у людей. Они слышали о странной бразильской семье, у которой вроде бы передавались гены ретинобластомы. Однако вирус Рауса отличался уникальной способностью манипулировать раком, а потому красовался на сцене в лучах всеобщего внимания.

Соблазн взять объектом исследования именно вирус Рауса усиливался за счет силы личности самого Пейтона Рауса. Упорный, убедительный и несгибаемый Раус проникся к своему вирусу почти родительской любовью и не желал рассматривать никакую другую теорию происхождения рака. Он признавал установленную эпидемиологами связь между экзогенными канцерогенами и раком (опубликованные в 1950 году исследования Долла и Хилла показали отчетливую связь курения и повышения частоты рака легких), однако эта корреляция не предлагала никакого объяснения механизму образования рака. По мнению Рауса, ответ мог быть только один — вирусы.

Таким образом, к началу 1950-х годов онкологи разделились на три враждующих стана. Вирусологи под предводительством Пейтона Рауса утверждали, что рак вызывается вирусами, хотя для людей ни одного такого вируса найдено не было. Эпидемиологи, в частности Долл и Хилл, стояли на том, что рак вызывается внешними факторами, хотя не могли предложить для своей теории и результатов никакого объяснения механизма действия. Третьи, последователи Теодора Бовери, заняли позицию в стороне от первых двух, имея слабые, косвенные доказательства, что рак может вызываться хранящимися в клетках генами, но не располагая ни полученными на человеческом материале данными эпидемиологов, ни изысканными экспериментальными прозрениями вирусологов. Великая наука рождается из великих противоречий… в биологии рака их было предостаточно. Вызывается ли рак вирусами? Или внешними факторами? Или причина скрыта внутри, в генах? Как вышло, что три группы исследователей, пытаясь изучить одного и того же слона, пришли к настолько противоположным вариантам ответов на самый важный вопрос о его строении?

В 1951 году молодой вирусолог по имени Говард Темин, защитив диссертацию, приехал в Калифорнийский технологический институт в Пасадене изучать там генетику дрозофил. Неуемный, наделенный богатым воображением, Темин скоро почувствовал, что мухи ему надоели, и, сменив тему, переключился на изучение вируса саркомы Рауса в лаборатории Ренато Дульбекко. Обходительный аристократ-калабриец с изысканными манерами управлял своей лабораторией в стиле отрешенного и отстраненного патриция. Темин идеально вписывался в эту атмосферу: если Дульбекко хотел дистанции, то Темин — независимости. Темин и группа молодых исследователей (среди которых был и Джон Карнс, будущий автор статьи в «Сайентифик американ» о войне с раком) в складчину сняли дом в Пасадене, где в свободное время Темин стряпал необычные блюда на всю команду и до поздней ночи рассуждал о загадках биологии.

В лаборатории он тоже решил состряпать необычный эксперимент, наверняка обреченный на неудачу. До конца 1950-х годов вирус саркомы Рауса демонстрировал способность вызывать рак исключительно у живых кур. Темин же в сотрудничестве с Гарри Рубином хотел изучить, как именно вирус преобразует нормальные клетки в раковые. Для этого им требовалась простая система, без живых кур и реальных опухолей — аналогичная бактериям в чашке Петри. Темин задумал создать рак в чашке Петри. В 1958 году, на седьмой год работы в лаборатории Дульбекко, ему это удалось. Он добавил вирус саркомы Рауса в слой растущих в чашке Петри нормальных клеток. Инфекция клеток вызвала их неконтролируемое деление, в результате чего формировалось множество бесформенных кучек, состоящих из нескольких сотен клеток. Темин предположил, что именно такие скопления — очаги — и представляют собой рак в его чистой и самой основной форме: бесконтрольно размножающиеся клетки, патологические митозы. Только необузданная сила воображения молодого ученого позволила увидеть в крохотных кучках клеток в чашке Петри воплощение сути глобального системного заболевания, убивающего тысячи людей. По убеждению Темина, в такой клетке и ее взаимодействии с вирусом содержатся все компоненты, необходимые для запуска процесса озлокачествления. Призрак изгнали из тела больного.

При помощи «рака в чашке Петри» Темин стал проводить различные эксперименты, которые было практически невозможно выполнить на животных. Один из первых таких экспериментов, поставленный в 1959 году, дал неожиданный результат. Обычно вирусы заражают клетки, образуют там новые вирусы и заражают все новые и новые клетки, но не влияют при этом на генетическую основу клеток — на ДНК. Например, вирус гриппа заражает клетки легких и вызывает в них образование новых вирусов, однако не оставляет никаких постоянных следов в наших генах — когда вирусы уходят, наша ДНК остается такой же, как прежде. Вирус саркомы Рауса вел себя совершенно иначе. Заражая клетку, он физически прикреплялся к клеточной ДНК, а значит — менял генетический состав клетки, ее геном. «Вирус становится частью генома клетки как в структурном, так и в функциональном смысле», — писал Темин.

ДНК-овая копия генов вируса, структурно встраивающаяся в гены клетки-хозяина, крайне заинтриговала Темина и Дульбекко. Однако это наблюдение поднимало интригующую концептуальную проблему. Иногда гены вирусов переносятся в виде промежуточной формы — РНК. Определенные вирусы утратили изначальную ДНК-овую форму генов и хранят свой геном в виде РНК, которая после проникновения вируса в клетку напрямую переводится в вирусные белки.

Из работ других исследователей Темин знал, что вирус саркомы Рауса относится как раз к числу подобных РНК-овых вирусов. Однако если гены вируса начинаются с РНК, то как копия этих генов преобразуется в ДНК? Центральная догма молекулярной биологии воспрещала такой переход. Генетическая информация, гласила догма, движется по улице с односторонним движением — от ДНК к РНК, а от РНК к белку. Как же тогда, гадал Темин, РНК совершает сальто-мортале и делает себе ДНК-овую копию, проехавшись по улице с односторонним движением в обратную сторону?

Темин отважился на отважное умопостроение. Если данные не соответствуют догме, значит, пересмотреть следует догму, а не данные. Исследователь предположил, что вирус саркомы Рауса наделен особым свойством, беспрецедентным для живых организмов: он может преобразовывать РНК обратно в ДНК. В нормальной клетке процесс преобразования ДНК в РНК называется транскрипцией. Соответственно вирус (или пораженная им клетка) обладает обратной способностью — обратной транскрипцией. «Темин понял суть, но доказательства его гипотезы были настолько косвенными и хрупкими, что он вряд ли кого-нибудь убедил, — вспоминал двадцать лет спустя вирусолог Майкл Бишоп. — Гипотеза не принесла ему ничего, кроме огорчений и насмешек».

Поначалу Темин и себя убедил с большим трудом. Он сделал смелое предположение, но теперь ему требовалось экспериментальное доказательство. В 1960 году, твердо вознамерившись найти такое доказательство, Темин перенес свои исследования в лабораторию Макардла в Висконсине. В отличие от Калифорнийского технологического института Университет Мэдисон в штате Висконсин казался тихим, заброшенным уголком, обособленным как в физическом, так и в интеллектуальном смысле. Темина это вполне устраивало. Сам того не зная, он стоял на краю молекулярной революции, однако мечтал о тишине и покое. Ежедневно прогуливаясь по заснеженным берегам озера, он обдумывал эксперименты для поиска доказательств обратного потока информации.

Превращение РНК в ДНК — сама мысль заставляла содрогнуться: молекула, способная переписывать историю в обратную сторону, обращать вспять безжалостный поток биологической информации. Чтобы доказать возможность этого процесса, Темину требовалось выделить в пробирке вирусный белок, который может проводить обратную транскрипцию, и доказать, что этот белок делает ДНК-овые копии молекул РНК. В 1960 году, охотясь за таким белком, он принял на работу Сатоси Мицутани, молодого японского ученого. Задачей Мицутани было выделить из зараженных вирусом клеток фермент обратной транскрипции.

Как выяснилось, Мицутани совершенно не обладал навыками цитолога: не умел работать стерильно, заражал клетки посторонними микроорганизмами и выращивал в чашках Петри колонии грибов вместо культуры клеток. Раздосадованный Темин перевел его на проект, не требующий работы с живыми клетками: если Мицутани не умеет обращаться с клеточными культурами, пусть выделяет нужный белок из химических экстрактов, полученных из зараженных вирусом клеток. Мицутани, необыкновенно талантливый химик, наконец оказался в своей стихии. Ему удалось обнаружить в клеточных экстрактах с вирусом саркомы Рауса слабую ферментативную активность. Добавив в такой экстракт РНК, он смог «наблюдать» в нем образование ДНК — то есть обратную транскрипцию. Темин получил желанное доказательство: вирус саркомы Рауса был не обычным вирусом, он мог переписывать генетическую информацию в обратную сторону — то есть был ретровирусом.

Другой молодой вирусолог из Массачусетского технологического института в Бостоне по имени Дэвид Балтимор также нашел намек на преобразование РНК в ДНК, хотя уже на примере другого ретровируса. Целеустремленный, наделенный блестящим и дерзким умом Балтимор познакомился и подружился с Говардом Темином в 1940-е годы в научном летнем лагере в штате Мэн, где Темин был помощником преподавателя, а Балтимор — учеником. Пути их разошлись почти на десять лет, однако интеллектуальные дороги постоянно пересекались. Пока Темин исследовал обратную транскрипцию у вируса саркомы Рауса в Мэдисоне, Балтимор выяснил, что его ретровирус также обладает ферментом, способным преобразовывать РНК в ДНК. Как и Темину, ему оставалось лишь несколько шагов до того, чтобы выделить этот белок.

Через несколько недель, после того как в лаборатории Темина были найдены первые доказательства существования белка, способного превращать РНК в ДНК, 27 мая 1970 года Темин вылетел в Хьюстон, чтобы представить свою работу на Десятом Международном онкологическом конгрессе. На следующее утро он вошел в огромную аудиторию хьюстонского Гражданского центра. Доклад Темина носил название «Роль ДНК в репликации РНК-содержащих вирусов» — намеренно невыразительный заголовок. Это была сессия коротких пятнадцатиминутных сообщений. В помещении собрались главным образом специалисты по опухолевым вирусам, многие из них уже начали дремать.

Однако по мере того как Темин рассказывал о своих открытиях, до публики начала доходить вся значимость его работ. Как вспоминает один исследователь, на первый взгляд «это все была сплошная сухая биохимия… Темин докладывал своим обычным высоким фальцетом, немного гундося, очень монотонно, совершенно буднично». Но из этого монотонного гудения о сухой биохимии выкристаллизовывалась идея необычайной важности. Темин не просто рассказывал о вирусах. Он систематически опровергал один из фундаментальных постулатов биологии. Слушатели взволнованно притихли. К середине доклада в зале царила потрясенная тишина. Ученые лихорадочно делали записи, заполняя страницу за страницей неразборчивыми каракулями. Темин вспоминал, что, выйдя из зала, видел «множество людей у телефонов… ученых, торопливо звонящих в свои лаборатории». Заявление Темина об идентификации давно предсказанной им ферментативной активности в пораженных вирусом клетках не оставляло простора для сомнений в истинности его теории. РНК и в самом деле способна создавать ДНК. Геном вируса, вызывающего рак, становится физической частью генома клетки-хозяина.

Вернувшись на следующее утро в Мэдисон, Темин обнаружил, что его лабораторию затопили телефонные звонки. Настойчивее всех его разыскивал Дэвид Балтимор, услышавший о выступлении Темина на конгрессе. Темин перезвонил ему.

— Между прочим, у вирусов есть ферментативная активность, — заявил Балтимор.

— Знаю, — ответил Темин.

Балтимор, проводивший свои исследования втайне, не смог сдержать удивления.

— Откуда?

— Мы ее обнаружили.

Балтимор тоже нашел у вирусовых частиц ферментативную активность, приводившую к образованию ДНК на основе РНК. Две лаборатории, работая врозь, пришли к одним и тем же результатам! Темин и Балтимор наперегонки бросились публиковать свои наблюдения. Их почти идентичные статьи опубликовали в одном номере журнала «Нейчур» летом 1970 года.

В своих статьях Темин и Балтимор выдвигали радикально новую теорию о жизненном цикле ретровирусов. Они утверждали: гены ретровирусов вне клетки существуют в виде молекул РНК. Когда же такие РНК-содержащие вирусы заражают клетку, они создают ДНК-овые копии своих генов и прикрепляют эти копии к генам клетки-хозяина. На основе этих ДНК-овых копий, называемых провирусами, создаются новые молекулы РНК, и таким образом вирус, точно феникс, возрождается во все новых и новых вирусных частицах. Он постоянно меняет состояние, восходя к клеточному геному и низвергаясь обратно: от РНК к ДНК, от ДНК к РНК — и так бесконечно.

Безусловным признаком шизофрении того времени может служить то, что ученые-онкологи мгновенно углядели в работах Темина возможное объяснение механизма возникновения рака, а вот онкологи-врачи по большей части эти работы проигнорировали. Презентация Темина в Хьюстоне входила в программу глобальной встречи специалистов, занимающихся проблемами рака. И Фарбер, и Фрей специально прилетели из Бостона, чтобы принять в ней участие. Однако эта конференция воплотила собой непреодолимый раскол между терапией и наукой. Химиотерапию и хирургию обсуждали в одном месте, а вирусный канцерогенез — в другом. Посреди мира онкологии словно воздвигли непроницаемую стену, по одну сторону от которой находились причины, а по другую — методы лечения. Немногие ученые или клинические специалисты способны были переходить из одного обособленного мирка онкологии в другой. Фрей и Фарбер вернулись в Бостон, практически не изменив своего мнения по поводу методов лечения рака.

Однако для многих ученых, присутствовавших на этой встрече, работа Темина, доведенная до своего логического завершения, предполагала новое и крайне заманчивое объяснение механизма возникновения рака, а значит, и путь к новым методам лечения. Сол Шпигельман, вирусолог из Колумбийского университета, известный неугасаемым энтузиазмом и неиссякаемой энергией, услышав доклад Темина, мгновенно создал на его основании монументальную теорию, блещущую столь неопровержимой логикой, что, казалось, реальность обязана под нее подстроиться. Темин предполагал что РНК-содержащий вирус, попав в клетку, делает свою копию в виде ДНК и уже в таком виде прикрепляется к геному клетки-хозяина. Шпигельман был уверен, что этот процесс неким неизвестным образом активирует какой-то вирусный ген, который, в свою очередь, заставляет инициированную клетку делиться — что влечет за собой патологические митозы, а значит, и рак.

Необыкновенно заманчивое объяснение увязывало вирусную теорию происхождения рака Рауса с генной теорией Бовери. Как показал Темин, вирус способен стать внутренним элементом, прикрепленным к генам клетки, а значит — причинами рака становились одновременно и внутреннее генетическое нарушение, и внешняя чужеродная инфекция. «Обращение Шпигельмана в новую веру (раковых вирусов) произошло за считанные минуты, — вспоминал Роберт Вайнберг, биолог из Массачусетского технологического института. — На следующий день он вернулся в свою лабораторию в Колумбийском университете, задавшись целью повторить работу Темина».

Шпигельману не терпелось доказать, что причиной рака у людей являются ретровирусы. «Это превратилось у него в навязчивую идею», — рассказывал Вайнберг. Навязчивая идея не замедлила принести плоды. По плану Шпигельмана, надо было доказать, что в человеческих раках скрыты гены ретровирусов. Работая быстро и упорно, Шпигельман обнаружил следы ретровирусов в человеческих лейкозных клетках, в клетках рака молочной железы, в лимфомах, саркомах, опухолях мозга и меланомах — практически во всех исследованных им раковых тканях. Специальная программа по поиску вирусов, вызывающих рак, начатая в 1950 году и два десятилетия пребывающая в глухом застое, воспряла вновь: наконец-то были обнаружены тысячи вирусов, которых она так давно дожидалась! Деньги рекой текли из ее сундуков в лабораторию Шпигельмана, создавая образцовый замкнутый круг: бесконечные фонды подогревали безграничный энтузиазм. Чем больше Шпигельман искал в раковых клетках вирусы, тем больше он их находил и тем больше фондов выделялось на его изыскания.

Однако в конце концов оказалось, что все труды Шпигельмана — сплошная методическая ошибка. В лихорадочной погоне за вызывающими рак ретровирусами Шпигельман так расширял свой метод выявления вирусов, что обнаруживал их или же их следы там, где никаких вирусов и в помине не водилось. Когда в середине 1970-х годов другие лаборатории США попытались воспроизвести его результаты, вирусов Шпигельмана нигде не обнаружилось. Как оказалось, ретровирусы вызывают лишь один человеческий рак — редкую разновидность лейкемии, эндемичную в районе Карибских островов. «Человеческий вирус ускользнул и бесшумно растаял в ночи, — писал Вайнберг. — Сотни миллионов выброшенных на ветер долларов… так ничему и не помогли. Ракета не взлетела».

Умопостроения Шпигельмана касательно человеческих ретровирусов были наполовину верны и наполовину ошибочны: он искал правильные вирусы, но в неправильных клетках. Ретровирусы оказались причиной не рака, а другой болезни. Шпигельман умер в 1983 году от рака поджелудочной железы, успев услышать о странном заболевании, вспыхнувшем в Нью-Йорке и Сан-Франциско среди гомосексуалистов и пациентов, которым делали переливание крови. Через год, после того как Сол Шпигельман скончался в Нью-Йорке, причина этого заболевания наконец была выяснена. Это оказался ретровирус человека под названием ВИЧ.

 

Охота на сарка

Сол Шпигельман безнадежно сбился с пути, охотясь за ретровирусами, вызывающими рак у человека. Неудача оказалась крайне симптоматична: вся научная онкология, Национальный институт онкологии, специальная программа поиска вирусов, вызывающих рак у человека, — в начале 1970-х годов все так пылко поверили в существование онкоретровирусов, что теперь, когда эти вирусы не материализовались, охотникам казалось, что они лишились чего-то жизненно важного, частицы души и воображения. Если ретровирусов рака человека не существует, значит, рак возникает благодаря иному, таинственному механизму. Резко качнувшись в сторону вирусной теории происхождения рака, маятник так же резко откачнулся в другую сторону.

Темин к середине 1970-х годов тоже отказался от теории, что причиной рака являются ретровирусы. Обнаружение им обратной транскриптазы, несомненно, опровергло центральную догму клеточной биологии, однако практически не продвинуло понимание механизма канцерогенеза у людей. Темин знал, что вирусные гены способны прикрепляться к геному клетки-хозяина, но это еще не объясняло, как именно вирусы вызывают рак.

Оказавшись лицом к лицу с очередным расхождением между теорией и практикой, Темин выдвинул новое смелое предположение — опять же опираясь на шаткую опору экспериментальных данных. Шпигельман и другие охотники за ретровирусами, сказал он, смешали аналогию с фактом, перепутали послание и посланца. Вирус саркомы Рауса и в самом деле способен вызывать образование рака за счет внедрения в клетку вирусных генов. Это доказывает, что генетические изменения способны вызывать рак. Темин предположил, что генетические изменения происходят не из вируса. Вирус просто приносит в клетку некое послание. Чтобы понять генезис рака, необходимо определить послание, а не гонца. Охотники за раковыми вирусами должны вернуться под старый фонарь, но на этот раз с новым вопросом: какой именно вирусный ген запускает в клетке череду патологических митозов? И как он соотносится с внутренней мутацией в клетке?

В 1970-е годы на поиски этого гена нацелилось сразу несколько лабораторий. На счастье исследователей, в геном ВСР входило всего четыре гена. В Калифорнии, где находился идейный центр исследований раковых вирусов, вирусологи Стив Мартин, Питер Вогт и Питер Дюсберг создали мутантов вируса Рауса, которые нормально реплицировались, но утратили способность вызывать опухоли — что наводило на предположение, будто в них нарушен именно отвечающий за это ген. Проанализировав измененные в таких мутантах гены, исследователи наконец сумели привязать способность ВСР вызывать рак к конкретному гену, получившему название src (произносится «сарк»), уменьшительное от саркомы.

Итак, src был ответом на загадку Темина — вызывающим рак «посланием», переносимым вирусом саркомы Рауса. Вогт и Дьюсберг удалили или инактивировали src, продемонстрировав, что лишенные этого гена вирусы не вызывают ни избыточного клеточного деления, ни злокачественной трансформации. Исследователи предположили, что src является чем-то вроде гена злокачественности, приобретенного ВСР в ходе эволюции и приносимого вирусом в нормальные клетки. Он получил название «онкоген», то есть ген, способный вызывать рак.

Функции src прояснило случайное открытие, сделанное в лаборатории Рэя Эриксона из Колорадского университета. В начале 1960-х годов, когда Темин обнаружил существование ретровирусов, Эриксон был студентом-дипломником в его мэдисонской лаборатории. Он стал свидетелем открытия в Калифорнии гена src и с тех самых пор был одержим желанием исследовать функционирование этого гена. В 1977 году, совместно с Марком Коллетом и Джоан Брюгге, Эриксон попытался расшифровать функции src. Как выяснилось, этот необычный ген кодировал белок, основная функция которого состояла в том, чтобы модифицировать другие белки, прикрепляя к ним небольшое химическое соединение, фосфатную группу — по сути, как бы играя с ними в пятнашки. В нормальных клетках ученые нашли множество подобных белков — ферментов, которые прикрепляли к другим белкам фосфатную группу. Такие ферменты получили название киназы. Вскоре стало ясно, что киназы играют роль внутриклеточных молекулярных переключателей. Прикрепление к какому-то другому белку фосфатной группы работало как включение и активировало работу такого белка. Нередко одна киназа включала другую киназу, а та — третью и так далее. С каждым новым шагом цепной реакции сигнал усиливался, так что в итоге одновременно активировалось множество молекулярных переключателей. Их совместная деятельность обеспечивала мощный внутренний сигнал клетке сменить состояние — например, перейти от фазы покоя к фазе деления.

Ген src и был такой прототипической и невероятно активной киназой. Образуемый этим геном белок обладал такой силой и активностью, что фосфорилировал буквально все вокруг себя, в том числе и белки, играющие важную роль в жизненном цикле клетки. Таким образом, src запускал волну неизбирательного фосфорилирования, «включая» множество молекулярных переключателей клетки. Рано или поздно деятельность src приводила к активации белков, контролирующих деление клетки, то есть ген насильственно заставлял клетку перейти из покоящегося состояния к делению, в конечном итоге вызывая ускоренные митозы, типичный признак рака.

К концу 1970-х годов объединенными усилиями биохимиков и опухолевых вирусологов была разработана относительно простая модель механизма работы гена src и его способности трансформировать клетки. Вирус саркомы Рауса вызывал у куриц рак за счет внедрения в их клетки гена src, кодирующего неукротимую и сверхактивную киназу, которая запускала каскад клеточных сигналов, побуждающих клетку беспрестанно делиться. Все это являло пример прекрасной, тонкой, методичной и аккуратнейшей научной работы, однако при отсутствии ретровирусов, вызывающих рак у человека, все эти исследования, казалось, не имели никакого касательства к реальным ракам человека.

Неутомимый Темин по-прежнему не мог отделаться от ощущения, что вирусный ген src должен решить и тайну происхождения рака у людей. На его взгляд, оставалось найти ответ на еще одну загадку: эволюционную природу гена src. Как вирус приобрел ген с такими могущественными и пугающими свойствами? Быть может, это какая-то сорвавшаяся с цепи киназа? Или вирус собрал ее из кусочков других киназ, на манер самопальной бомбы? Темин знал, что эволюция порой создает новые гены на основе старых. Но где вирус саркомы Рауса нашел необходимые компоненты гена, способного вызывать рак у кур?

В Калифорнийском университете Сан-Франциско, на вершине одного из городских холмов, Джону Майклу Бишопу тоже не давала покоя загадка эволюционного происхождения гена src. Уроженец сельских районов Пенсильвании, сын лютеранского священника, Бишоп изучал историю в Геттисбергском колледже, но потом резко сменил сферу будущей деятельности и начал посещать Гарвардскую медицинскую школу. Пройдя практику в Массачусетской клинической больнице, он получил образование вирусолога. В 1969 году он перешел в Калифорнийский университет и основал там лабораторию по изучению вирусов.

Калифорнийский университет в то время представлял собой малоизвестную и захолустную медицинскую школу. Крошечный угловой кабинет Бишопа, который ему приходилось делить с коллегой, был таким узким, что соседу по комнате приходилось вставать, пропуская Бишопа к письменному столу. Летом 1969 года Гарольд Вармус, долговязый самоуверенный исследователь из Национального института здравоохранения, приехал в Калифорнию в отпуск побродить по холмам и заодно узнать у Бишопа, нет ли возможности изучать ретровирус в его лаборатории. Приоткрыв дверь кабинета, он с удивлением обнаружил, что стоять там было негде.

Вармус явился в Калифорнию в поисках приключений. Имея степень бакалавра литературы, он внезапно увлекся медициной, получил степень магистра по медицине в Колумбийском университете, а потом изучал вирусологию в Национальном институте здравоохранения. Подобно Бишопу, он был академическим скитальцем, забредшим от средневековой литературы к медицине, а от медицины к вирусологии. В «Охоте на Снарка» Льюис Кэрролл описывает пестрое сборище охотников, пустившихся в погоню за непонятным невидимым существом, называемым Снарком. С начала и до конца у них все шло кувырком. Когда Вармус с Бишопом в начале 1970-х годов взялись за исследование природы гена src, другие исследователи безжалостно прозвали их проект «охотой на сарка».

Вармус с Бишопом отправились на охоту, вооружившись самой простой методикой, отчасти изобретенной Солом Шпигельманом в 1960-е годы. Они поставили себе целью найти внутриклеточные гены, отдаленно схожие с вирусным геном src, тем самым выявив его эволюционных предшественников. Молекулы ДНК обычно находятся в клетке в виде двух спаренных, точно инь и ян, комплементарных цепочек, удерживаемых вместе могучими молекулярными силами. Если разъединить эти цепи, то каждая из них может снова соединиться с другой, комплементарной ей по структуре. Если пометить одну из таких цепочек радиоактивной меткой, то найдя комплементарную себе цепочку в смеси других молекул, она склеится с ней, тем самым поделившись с ней радиоактивностью, по которой можно определить склеивающую способность двух молекул.

В середине 1970-х годов Бишоп и Вармус начали при помощи такой склеивающей реакции искать гомологи гена src. Поскольку это вирусный ген, они рассчитывали найти в нормальных клетках лишь небольшие его кусочки и фрагменты — предшественников и дальних родственников вызывающего рак гена src. Однако вскоре охота приняла загадочный оборот. Заглянув в нормальные клетки, Бишоп с Вармусом не обнаружили там генетических кузенов src в пятом или шестом колене. Они нашли прочно обосновавшуюся в геноме нормальной клетки почти идентичную версию вирусного src.

Работая в сотрудничестве с Деборой Спектор и Домиником Стехелином, они проверили другие клетки, где снова выявился ген src: в утиных клетках, в гусиных клетках и в перепелиных тоже. Близкородственные гомологи этого гена были раскиданы по всему птичьему царству: всякий раз, как группа Вармуса изучала очередную ветвь эволюционного древа, на них снова и снова взирал очередной вариант гена src. Калифорнийская группа лихорадочно перебирала различные виды животных в поисках гомологов src. Ген обнаружили в клетках фазанов, индюшек, мышей, кроликов и рыб. Ген src присутствовал в клетках только что вылупившегося птенца эму из зоопарка в Сакраменто, у овец и коров и, самое главное, в человеческих клетках. В 1976 году Вармус писал в письме: «Src повсюду!»

Однако ген src нормальных клеток был не абсолютно идентичен вирусному src. Сравнив вирусный src с его аналогом из нормальной клетки, Хидэсабуро Ханафуса, японский вирусолог из Рокфеллеровского института в Нью-Йорке, обнаружил ключевое отличие в генетическом коде этих двух форм. Вирусный ген нес в себе мутации, которые резко меняли его свойства. Как наблюдал в Колорадо Эриксон, вирусный белок src был гиперактивной киназой, которая без разбора форсфорилировала все встреченные белки, тем самым включая постоянное клеточное деление. Клеточный же вариант белка src тоже был киназой, но несравненно менее активной. По контрасту с вирусным двойником действие ее жестко регулировалось — она то включалась, то выключалась во время деления клетки. Вирусный же белок src работал без остановки, как постоянно включенный автомат, превращающий клетку в машину для деления. Вирусный src — ген рака — был клеточным src, только работающим с постоянной перенагрузкой.

Из этих результатов начала вырисовываться теория, величественная и всеобъемлющая, объясняющая десятилетия разрозненных наблюдений: вероятно, src, предшественник гена, вызывающего рак, был изначально присущ животным клеткам. Возможно, вирусный ген src эволюционировал, произошел от клеточного гена src. Вирусологи давно считали, что вирус вносил в клетку-хозяина активированный ген src, чем индуцировал трансформацию нормальной клетки в злокачественную. Однако сам по себе этот ген имел не вирусное происхождение, а произошел из гена-предшественника, входящего в состав клетки — в состав всех клеток. Растянувшаяся на десятилетия охота началась с курицы, а закончилась, метафорически выражаясь, яйцом — геном-предшественником, имеющимся во всех клетках человека.

Выходит, вирус саркомы Рауса был результатом невероятного эволюционного происшествия. Как продемонстрировал Темин, ретровирусы постоянно снуют в геном клетки и из него: от РНК к ДНК и от ДНК к РНК. Во время этого кружения они могут случайно прихватывать с собой кусочки клеточного генома и переносить их от одной клетки к другой. По всей вероятности, вирус саркомы Рауса подхватил из раковой клетки активированный ген src и с тех пор носил его в вирусном геноме, вызывая рак у новых хозяев. По сути, сам вирус был случайным переносчиком гена, берущего начало в раковой клетке, — паразит, на котором паразитирует рак. Раус ошибался — но ошибался красиво. Вирусы и в самом деле вызывают рак, однако делают это при помощи гена, изначально присущего клетке.

Науку нередко описывают как процесс накопления и повторения, головоломку, которую разгадывают шаг за шагом, и каждый новый кусочек вносит в общую картину еще несколько расплывчатых пикселей. Однако появление кардинальной новой теории в науке сплошь да рядом происходит совсем иначе, без каких бы то ни было повторений. Вместо того чтобы отдельным шагом объяснить одно наблюдение или же феномен, внезапно все поле зрения складывается в единое и совершенное целое. Наблюдать за этим процессом — все равно что смотреть, как головоломка решается сама собой.

Исследования Вармуса и Бишопа оказали на генетику рака именно такой кристаллизующий, высвечивающий общую картину эффект. Важнейшее следствие их экспериментов состояло в том, что ген, вызывающий рак — «протоонкоген», как называли его Бишоп с Вармусом, — изначально был обычным клеточным геном. Мутации, вызываемые химическими веществами или облучением, влекли за собой образование рака не потому, что внедряли в клетку чужеродные гены, но потому, что активировали внутренние, эндогенные протоонкогены.

«Подчас кажется, что природа наделена весьма мрачным чувством юмора и иронией», — писал Раус в 1966 году. Самым ироничным стал последний урок, почерпнутый из изучения вируса саркомы Рауса. Почти шестьдесят лет этот вирус дразнил воображение биологов — в их печальный перечень вошел и Шпигельман, — увлекая их по ложному пути. Однако ложный путь в результате вывел к цели — от вирусного src к клеточному src и гипотезе, что внутренние протоонкогены повсеместно находятся в геноме нормальной клетки.

В стихотворении Льюиса Кэрролла, наконец-то поймав неуловимого Снарка, охотники обнаружили, что это не диковинный зверь, а один из их же товарищей, вместе с ними отправившийся в поход. Так же вышло и с раком: раковые гены явились изнутри генома человека. Похоже, что древние греки были предельно точны в использовании термина «онкос». Оказывается, рак по сути своей изначально «загружен» в наш геном, ожидая активации, и мы обречены носить эту роковую ношу — «онкос» — в своих генах.

В 1989 году Вармус и Бишоп получили Нобелевскую премию за открытие клеточной природы ретровирусных онкогенов. На банкете в Стокгольме Вармус, вспомнив студенческие дни, прочел отрывок из эпической поэмы «Беовульф», в котором описывалась победа над драконом. «Мы не убили нашего врага, раковую клетку, образно говоря, не оторвали ему ни единой лапы, — сказал Вармус. — В нашем славном приключении мы яснее разглядели чудовище, по-новому описали его клыки и чешую — и поняли, что рак, подобно Гренделю, просто искаженная версия нас самих».

 

Ветер в деревьях

Открытия, сделанные летом 1976 года, решительно преобразовали мир биологии рака, вновь поместив гены в центр внимания. Теория протоонкогенов Гарольда Вармуса и Майкла Бишопа стала первой связной и непротиворечивой теорией канцерогенеза. Она объясняла, каким образом и радиация, и сажа, и сигаретный дым, и прочие самые разнообразные и на первый взгляд никак не связанные между собой факторы могут приводить к раку — вызывая мутацию и тем самым активируя предшественники онкогенов в клетке. Эта теория придала смысл отмеченной Брюсом Эймсом взаимосвязи между канцерогенами и мутагенами: химические вещества, вызывающие мутации в ДНК, приводят к раку потому, что изменяют клеточные протоонкогены. Проясняла теория и то, почему один и тот же тип рака встречается, пусть и с разной частотой, и у курильщиков, и у некурящих: потому что в клетках и у тех, и у других имеются одинаковые протоонкогены — но у курильщиков рак возникает чаще за счет того, что содержащиеся в табачном дыме канцерогены увеличивают скорость мутаций.

Но как же выглядят гены рака у человека? Вирусологи обнаружили ген src сперва в вирусах, а потом и в клетках, но никто не сомневался в том, что по всему геному человека разбросано множество и других эндогенных протоонкогенов.

У генетиков есть два разных способа «увидеть» гены. Первый способ — структуральный: гены можно наблюдать в форме физической структуры, кусков ДНК, уложенных в хромосому, точь-в-точь как представляли себе Морган и Флемминг. Второй способ — функциональный: гены можно представлять себе, как Мендель, в наследовании тех или иных черт, передающихся от поколения к поколению. В период между 1970 и 1980 годами генетики, занимающиеся проблемами рака, начали рассматривать вызывающие рак гены в свете двух этих подходов. Каждое отдельное наблюдение усиливало понимание механизмов канцерогенеза и подводило науку все ближе к постижению ключевых молекулярных нарушений, связанных с раком у людей.

Сначала обнаружили структуру ракового гена, его анатомию. В 1973 году, когда Вармус и Бишоп только приступали к первым исследованиям гена src, чикагскому гематологу Джанет Роули удалось увидеть ген рака в осязаемой, физической форме. Роули изучала закономерности окрашивания хромосом в клетках, стремясь научиться выявлять нарушения хромосом в раковых клетках. Окрашивание хромосом, техника, которой она овладела в совершенстве, находится посередине между наукой и искусством — причем искусством, отставшим от жизни, словно традиционная живопись в эру цифрового изображения. В эпоху, когда генетики углубились в мир РНК, опухолевых вирусов и онкогенов, Роули упорно тащила свою отрасль назад к корням — к окрашенным синеньким хромосомам Бовери и Флемминга. Более того, нагромождая анахронизм на анахронизм, она и предметом исследования выбрала хронический миелогенный лейкоз (ХМЛ), знаменитое беннеттовское «нагноение крови».

Исследования Роули основывались на предыдущих работах двух патологов из Филадельфии, также занимавшихся ХМЛ. В конце 1950-х годов Питер Ноуэлл и Дэвид Хангерфорд обнаружили, что в клетках этой разновидности лейкоза одна из хромосом всегда короче, чем ее аналог в нормальной клетке. В клетке человека содержится сорок шесть хромосом — парно, по двадцать три от каждого родителя. Ноуэлл обнаружил, что в клетках ХМЛ у одной из пары двадцать второй хромосомы всегда не хватает головки. Ноуэлл назвал это нарушение филадельфийской хромосомой, в честь места, где сделал это открытие. Однако ни Ноуэлл, ни Хангерфорд не могли понять, откуда берется это нарушение и куда девается недостающая часть хромосомы.

Шагая по стопам этого исследования, Роули стала отслеживать такую укороченную хромосому. Рассматривая тысячекратно увеличенные фотографии своих образцово окрашенных препаратов, — она раскладывала их на обеденном столе и склонялась над фотографиями, ища недостающий кусок знаменитой филадельфийской хромосомы, — Роули обнаружила закономерность. Пропавшая часть двадцать второй хромосомы прикреплялась в другое место: к концу девятой хромосомы. А кусок девятой хромосомы, напротив, крепился к двадцать второй. Подобное генетическое событие получило название «транслокация» — обмен участками между двумя хромосомами.

Роули обследовала все новых и новых пациентов, больных ХМЛ, и неизменно обнаруживала у них все ту же транслокацию. О том, что раковые клетки изобилуют хромосомными патологиями, было известно еще со времен фон Ганземана и Бовери. Данные Роули позволяли сделать гораздо более глубокие выводы. Рак — не беспорядочный хромосомный хаос, а упорядоченный хромосомный хаос: определенным разновидностям рака присущи специфические мутации, одинаковые во всех раковых клетках.

Хромосомные транслокации способны создавать новые гены, называемые химерами, за счет слияния двух генов, прежде локализованных в разных хромосомах, — скажем, «голова» девятой хромосомы соединяется с «хвостом» тринадцатой. Роули предположила, что транслокация, характерная для ХМЛ, как раз и приводит к образованию химерного гена. Роули не знала, какие именно функции выполняет этот новый химерный уродец, но продемонстрировала, что в раковых клетках человека могут существовать уникальные генетические нарушения, проявляющиеся в виде деформации структуры хромосом. Впоследствии было выявлено, что филадельфийская транслокация приводит к образованию онкогена.

В начале 1970-х годов Альфред Кнудсон, генетик из Калифорнийского технологического института, разработал совершенно иной метод выявления гена, вызывающего рак человека.

Роули визуализовала гены, вызывающие рак, изучая физическую структуру хромосом раковой клетки. Кнудсон же сосредоточился на функциях гена. Гены — единицы наследственности: они переносят те или иные свойства — признаки — от поколения к поколению. Кнудсон рассудил так: если гены вызывают рак, то можно выявить закономерности в наследовании рака, точно так же как Мендель пришел к самой идее существования генов, изучая наследование оттенка цветов и высоты гороха.

В 1969 году Кнудсон перешел в техасский Онкологический центр Монро Данауэйя Андерсена, где Фрейрих основал преуспевающий клинический центр, посвященный раку у детей. Кнудсону требовался «образцовый» рак — передающаяся по наследству злокачественность, закономерности наследования которой помогли бы выявить, как работают гены, вызывающие рак. Самым естественным выбором в такой ситуации была ретинобластома — редкая и диковинная разновидность рака глаза. Еще де Гувеа в Бразилии описал поразительное свойство этого рака проявляться в одной и той же семье на протяжении нескольких поколений.

Ретинобластома — крайне трагичный вариант рака, и не только потому, что не щадит детей. Она затрагивает один из самых важных для ребенка органов: глаз. Иногда болезнь диагностируется, когда ребенок замечает, что мир вокруг начинает тускнеть и размываться. Иногда этот рак обнаруживают совершенно случайно, по детским фотографиям: от вспышки глаз ребенка сверкает, как у кошки под фонарем, и становится видно таящуюся в глубине опухоль. Если недуг не лечить, то он распространяется дальше, затрагивая глазной нерв, а оттуда поднимается в мозг. Основными методами лечения является облучение опухоли высокими дозами гамма-радиации или хирургическое удаление глаза.

Ретинобластома бывает двух видов: наследственная «семейная» форма и спорадически возникающая опухоль. Де Гувеа описывал наследственный вариант. У детей, страдающих наследственной ретинобластомой, болезнь часто встречается в семьях: у отцов, матерей, родных и двоюродных братьев и сестер, других родственников. Как правило, подобно случаю, описанному де Гувеа в Рио, опухоли возникают на обоих глазах. Однако ретинобластома наблюдается и у детей, в семьях которых никогда не случалось ничего подобного. В таких случаях опухоль всегда затрагивает только один глаз.

Эта наследственная закономерность интриговала Кнудсона. Он задался вопросом, не поможет ли математический анализ найти какие-либо отличия в развитии рака при спорадической и наследственной форме ретинобластомы. Для этого Кнудсон провел простейший эксперимент: разделил больных детей на две группы — со спорадической формой ретинобластомы и с наследственной — и стал изучать их истории болезни. По больничным записям он составил таблицы возраста, в котором проявилось заболевание, а потом на основании этих таблиц построил график. Оказалось, что рак в этих двух группах развивался с разной скоростью. При наследственной ретинобластоме наступление болезни шло стремительно, диагноз, как правило, ставился в возрасте от двух до шести месяцев. Спорадическая ретинобластома обычно проявлялась в возрасте от двух до четырех лет.

Почему одно и то же заболевание у разных детей развивается с разной скоростью? Позаимствовав приемы и простые уравнения у физики и теории вероятности, Кнудсон построил модель развития рака в двух группах и обнаружил, что все данные укладываются в несложную модель. У детей с наследственной ретинобластомой для развития рака требовалось только одно генетическое нарушение, а у детей со спорадической формой — два.

Отсюда возникал еще один озадачивающий вопрос: почему возникновение рака при наследственной форме болезни вызывается только одним генетическим нарушением, а при спорадической — двумя? Кнудсон предложил простой и красивый ответ. «Число два, — говорил он, — любимое число генетиков». В каждой нормальной клетке человека имеется по две копии каждой хромосомы, а следовательно — и по две копии каждого гена. В каждой нормальной клетке имеются две нормальные копии гена ретинобластомы — Rb. Кнудсон предположил, что для развития спорадической ретинобластомы обе копии гена Rb активируются путем мутации. Поэтому спорадическая ретинобластома развивается в более позднем возрасте, ведь для нее в одной клетке должны накопиться две одинаковые мутации.

Дети же с наследственной ретинобластомой рождаются с дефектной копией Rb. В их клетках одна копия гена дефектна с самого начала, поэтому требуется лишь одно генетическое изменение, чтобы клетка это почувствовала и начала делиться. Таким образом, дети с семейной ретинобластомой изначально имеют предрасположенность к болезни, и рак у них развивается быстрее, как и пронаблюдал Кнудсон в статистических таблицах. Кнудсон назвал это теорией двойного удара. Чтобы спровоцировать деление клетки, тем самым вызвав рак, для каждого гена требуется две мутации, два удара по генам.

Теория двойного удара Кнудсона прекрасно объясняла наследование ретинобластомы, но на первый взгляд казалась не в ладу с изначальным пониманием молекулярных основ рака. Вспомним, что гену src, для того чтобы вызывать бесконтрольное деление клетки, нужна лишь одна активированная копия. Почему же тогда для Rb требуются две?

Ответ кроется в функциях этих генов. Ген src активирует некую функцию клеточного деления. Мутация по этому гену, как показали Рей Эриксон и Хидэсабуро Ханафуса, создает клеточный белок, неспособный остановиться, — неукротимую и неутомимую киназу, провоцирующую постоянное деление клетки. А ген Кнудсона, Rb, осуществляет противоположное действие. Он подавляет клеточное деление. Лишь полное выведение такого гена из строя — двойной мутацией — приводит к бесконтрольному делению клетки. Таким образом, Rb является геном-супрессором рака, функциональной противоположностью src. Кнудсон назвал его антионкогеном.

«По всей видимости, — писал он, — в возникновении рака у детей ключевую роль играют два типа генов. Первый, онкогены, действует посредством повышенной, аномальной активности… Второй же класс, антионкогены (или супрессоры опухолей), в онкогенезе рецессивен: рак происходит лишь тогда, когда обе нормальные копии удалены или изменены. Некоторые люди обладают одной такой мутацией в зародышевой линии, а потому крайне подвержены раку: для его возникновения им требуется лишь одна соматическая мутация. Другие же дети, хотя и не имеют в зародышевой линии мутации, все равно заболевают раком в результате двух соматических мутаций».

Поразительно, что столь тонкая и изысканная гипотеза была сделана на основе одних статистических данных! Кнудсон не знал молекулярного воплощения вычисленных им антионкогенов, не смотрел на саму раковую клетку, пытаясь «увидеть» эти гены, не провел ни единого биологического эксперимента, охотясь за Rb. Подобно Менделю, он имел дело с генами лишь в статистическом смысле. По его собственным словам, он делал выводы об их существовании, «как делают вывод о ветре, глядя, как качаются деревья».

В конце 1970-х годов Вармус, Бишоп и Кнудсон начали описывать основные молекулярные нарушения раковых клеток, исследуя координированную работу онкогенов и антионкогенов. Гены рака, предположил Кнудсон, бывают двух разновидностей. «Положительные» гены, как, например, src, — это активированные версии нормальных клеточных генов. В нормальной клетке такие гены, получив соответствующий сигнал, способствуют клеточному делению. В мутантной же форме такие гены приходят в состояние постоянной гиперактивности, что влечет за собой бесконтрольное клеточное деление. Активированный протоонкоген, пользуясь сравнением Бишопа, подобен заевшей педали газа в машине. Клетка с такой заевшей педалью во весь опор несется по пути деления, не в силах прекратить митозы.

«Отрицательные» же гены, такие как Rb, напротив, подавляют клеточное деление. В нормальных клетках эти антионкогены, или гены-супрессоры опухолей, обеспечивают тормоза размножения, выключая деление, если клетка не получает нужного сигнала извне. В раковых клетках эти тормоза выведены из строя мутациями. Опять же используя сравнение Бишопа: если у клетки нет тормозов, она не реагирует на стоп-сигналы. Такая клетка тоже бесконтрольно делится, игнорируя сигналы прекратить деление.

Обе аномалии — активированный протоонкоген или инактивированный супрессор опухоли (заевшая педаль газа или неисправные тормоза) — представляют собой основные молекулярные дефекты раковых клеток. Бишоп, Кнудсон и Вармус не знали, много ли требуется подобных дефектов, чтобы спровоцировать рак у людей, однако постулировали, что причиной рака является сочетание некоторого количества таких генетических отклонений.

 

Рискованное предсказание

Философ Карл Поппер использовал термин «рискованное предсказание» для описания процесса, которым ученые выверяют недоказанные теории. Хорошие теории, говорил Поппер, создают сопряженный с риском прогноз. Они предсказывают неочевидные факты или события, которые имеют большой риск не произойти или быть опровергнутыми. Когда такие события и в самом деле случаются, когда подтверждаются неочевидные факты, теория обретает достоверность и жизненность. Так, предсказанное Ньютоном возвращение кометы Галлея в 1758 году стало самым ярким подтверждением его теории гравитации. Теория относительности Эйнштейна была подтверждена в 1919 году наглядной демонстрацией того, что масса солнца «искривляет» свет далеких звезд — точь-в-точь как и предсказывала теория.

К концу 1970-х годов теория канцерогенеза, предложенная Вармусом и Бишопом, также породила одно рискованное предсказание. Вармус с Бишопом продемонстрировали, что во всех нормальных клетках существуют предшественники онкогенов — протоонкогены. Ученые обнаружили активированную версию протоонкогена src в вирусе саркомы Рауса. Они предположили, что мутации таких генов вызывают рак — однако их теории недоставало одного критически важного звена в доказательстве. Если Вармус и Бишоп правы, то в раковых клетках существуют мутированные версии таких протоонкогенов. На тот момент другие исследователи уже выделили из ретровирусов целый набор всевозможных онкогенов, однако никому не удалось обнаружить активированный мутировавший онкоген в раковых клетках.

«Выделение такого гена, — писал онколог Роберт Вайнберг, — означало бы выход из пещеры на свет… Там, где ученые до сих пор видели лишь тени онкогенов, они узрят в плоти и крови гены, обитающие в раковых клетках».

Роберту Вайнбергу мучительно хотелось выйти из теней. Выучившись на вирусолога в эпоху великой вирусологии, в 1960-х годах он работал под руководством Дульбекко в институте Солка, выделяя ДНК из вирусов обезьян, чтобы исследовать их гены. В 1970-е годы, когда Темин и Балтимор открыли обратную транскриптазу, Вайнберг упорно трудился, очищая гены вирусов обезьян. Через шесть лет Вармус и Бишоп объявили об открытии клеточного src, а Вайнберг был занят все тем же. Ему казалось, что он увяз в болоте: слава ходит вокруг да около, обходя его стороной. Ретровирусная революция со всеми ее тайнами и открытиями пронеслась у него над головой, не задев даже кончиком крыла.

В 1972 году Вайнберг перешел в Массачусетский технологический институт, где изучал вирусы — возбудители рака в крохотной лаборатории, расположенной по соседству с лабораторией Балтимора. «Глава департамента считал меня тупицей, — вспоминал Вайнберг. — Славным, честным и добросовестным, но все равно тупицей». Лаборатория занимала стерильное, скучное помещение в одном из корпусов МТИ, выстроенном в утилитарном стиле 1960-х годов. На все здание приходился один-единственный скрипучий лифт. Река Чарльз, хотя и не видная из окон, зимой выстужала промозглым дыханием институтские дворики. Подвал здания соединялся лабиринтом подземных переходов с душными комнатушками, где делали ключи и чинили оборудование для других лабораторий.

Да и сами лаборатории работали, как машины. В науке это чаще звучит оскорблением, чем комплиментом: эффективная, безупречно отлаженная, технически укомплектованная лаборатория обычно подобна механическому оркестру, издающему точнейшие звуки и тона, но не производящему никакой мелодии. К середине 1970-х годов Вайнберг заслужил среди коллег репутацию аккуратного и технически умелого ученого, которому, однако, не хватает направления. Он и сам ощущал, что его работа забуксовала. Ему требовался какой-нибудь простой и ясный вопрос.

Прозрение снизошло на него зимним утром. В феврале 1978 года, по дороге на работу, Вайнберг угодил в сильнейший буран. Автобусы остановились, и Вайнберг в галошах и непромокаемой шляпе отправился по мосту Лонгфелло пешком, осторожно переставляя ноги по мокрому снегу. Снежная пелена заволокла все вокруг, глуша звуки и создавая атмосферу гипнотической тишины. Пересекая застывшую реку, Вайнберг размышлял о ретровирусах, раке и генах рака у человека.

Выделить и определить src оказалось несложно из-за того, что у вируса саркомы Рауса всего четыре гена. Геном ретро-вируса переполнен канцерогенами. В раковой же клетке около двадцати тысяч генов. Как обнаружить среди них тот единственный, который и вызывает рак?

Онкоген, в силу определения, обладает важной особенностью: он запускает в нормальной клетке процесс бесконтрольного деления. Темин использовал это свойство в своих экспериментах по моделированию рака в чашке Петри, получая «очаги» деления. Размышляя об онкогенах, Вайнберг снова и снова возвращался к этому ключевому свойству.

Из двадцати тысяч генов в раковой клетке, рассуждал он, подавляющее большинство генов совершенно нормальны, а меньшинство представляет собой мутировавшие протоонкогены. Представим, что можно взять двадцать тысяч генов раковой клетки всем скопом и распределить их по двадцати тысячам нормальных клеток так, чтобы каждая клетка получила всего один ген. Нормальные, немутированные гены не окажут на клетку-реципиента никакого воздействия. Однако клетка, получившая онкоген, повинуясь этому сигналу, начнет безудержно размножаться. Через десять делений ее потомки образуют на чашке Петри крохотную кучку, а через двадцать делений эта кучка станет вполне заметным «очагом» — раком в его первичном и природном виде.

Метель стала для Вайнберга моментом катарсиса. Он наконец избавился от ретровирусов. Если в раковой клетке присутствуют активированные онкогены, то перенос этих генов в нормальные клетки должен заставить их бесконтрольно делиться и размножаться. Десятилетиями ученым требовался вирус саркомы Рауса, чтобы внедрить активированный src в клетку и спровоцировать деление, а Вайнберг придумал, как обойти вирус Рауса, как выяснить, можно ли перенести гены, вызывающие рак, непосредственно из раковых клеток в нормальные. Метель не стихала. Вайнберг перешел мост и остановился на пустынном перекрестке, где одиноко горел зеленый огонек светофора. Исследователь пересек перекресток и зашагал к онкоцентру.

Первой трудностью Вайнберга стала техническая проблема: как перенести ДНК из раковой клетки в популяцию нормальных клеток? На счастье, как раз этой техникой он в совершенстве овладел за предыдущие застойные годы. Выбранный им метод состоял в выделении ДНК из экстрактов раковых клеток: густая хлопьеобразная суспензия напоминала свернувшееся молоко. Затем ДНК разрезали на тысячи кусочков, каждый из которых содержал по одному или два гена. Теперь Вайнбергу требовался переносчик — молекула, которая протащила бы кусочек ДНК через клеточную мембрану. Тут Вайнберг использовал хитроумный трюк. ДНК связывается с фосфатом калия, образуя крошечные белые частицы. Клетки поглощают и переваривают эти частицы, заодно отсоединяя кусочки ДНК от фосфата. Когда Вайнберг сыпал крохотные белые крупинки на слой растущих в чашке Петри нормальных клеток, картина напоминала метель — вихрь генов, явственно представившийся исследователю во время памятной прогулки.

Далее Вайнберг придумал простейший эксперимент. После того как фрагменты ДНК будут усвоены клетками, те клетки, что получат онкоген, начнут бесконтрольно делиться, образуя на поверхности чашки очаги разрастания. Надо взять их и выделить кусок ДНК, который индуцировал этот процесс. Таким образом удастся выявить реально действующий онкоген человека.

Летом 1979 года Цзяо Ши, студент из лаборатории Вайнберга, начал исследовать геномы пятнадцати разных мышиных раковых клеток в попытке выявить кусок ДНК, который приводил бы к образованию в нормальных клетках очагов деления. Ши по характеру был немногословен, скрытен, уклончив и вспыльчив. Эксперименты свои он оберегал с почти параноидальным пылом. Коллеги вспоминали, как, не сойдясь с Вайнбергом в каком-нибудь вопросе, Ши делал вид, будто не понимает английского — языка, которым вообще-то владел легко и непринужденно. Однако, несмотря на свои причуды и упрямство, Ши был прирожденным перфекционистом. Технику трансфекции ДНК он перенял у своего предшественника и вдобавок обладал внутренним чутьем, инстинктом садовника, помогавшим ему отличать нормальные клетки от аномальных.

Ши выращивал в чашках Петри огромное количество нормальных клеток и еженедельно посыпал их генами, полученными из его выборки раковых клеток. В лаборатории высились груды чашек с трансфицированными клетками. Как и предвидел Вайнберг во время своей знаменательной прогулки над рекой, Ши вскоре получил предварительный, но крайне важный результат. Он обнаружил, что перенос ДНК из раковых клеток в обычные неизменно приводит к образованию очагов деления — доказательство, что таким методом можно обнаружить онкогены.

Возбужденные и заинтригованные, Вайнберг и Ши провели более смелый вариант эксперимента. До сих пор они использовали для получения ДНК раковые клетки мышей, теперь же, сменив тактику и объект, перешли на раковые клетки человека. «Мы упорно старались выловить настоящий онкоген, — вспоминал Вайнберг, — и решили отыскать его в человеческом раке». Из онкологического института Даны и Фарбера Ши принес линию раковых клеток, взятых у пациента Эрла Дженсена, заядлого курильщика, умершего от рака мочевого пузыря. ДНК этих клеток разрезали на фрагменты и ввели их в культуру нормальных клеток человека. Ши вернулся к микроскопу, обшаривая чашку за чашкой в поисках очагов деления.

Опыт снова удался. Как и в случае мышиной клеточной линии, на чашках появились отчетливо заметные активные очаги. Вайнберг хотел, чтобы Ши как можно быстрее отыскал конкретный ген, превращающий нормальную клетку в раковую. Лаборатория Вайнберга лихорадочно спешила выделить и определить первый природный онкоген человека.

Скоро Вайнберг осознал, что в этой гонке у него есть соперники. На другом конце города, в институте Фарбера, бывший студент Темина Джефф Купер также продемонстрировал, что ДНК раковой клетки способна индуцировать трансформацию клеток. То же показал и Майкл Виглер в нью-йоркской лаборатории Колд-Спринг-Харбор. Были у Вайнберга, Купера и Виглера и другие соперники. Мариано Барбасид, испанский исследователь из НИО, тоже обнаружил фрагмент ДНК еще одной линии раковых клеток, способный трансформировать нормальные клетки. К концу зимы 1981 года все четыре лаборатории наперегонки неслись к финишной черте. В начале весны все они обнаружили долгожданный ген.

В 1982 году Вайнберг, Барбасид и Виглер независимо опубликовали свои данные и сравнили результаты. Они обнаружили фантастическое и неожиданное совпадение: все три лаборатории выделили из своих раковых клеток один и тот же фрагмент ДНК, содержащий ген под названием ras. Подобно src, этот ген также присутствовал во всех нормальных клетках. Однако, как и в случае src, в нормальных клетках ген ras функционально отличался от своего двойника, работающего в раковых клетках. В норме он кодировал строго регулируемый белок, который включался и выключался, точно отлаженный выключатель. В раковых же клетках ген ras находился в мутантной форме, как и предсказывали Вармус и Бишоп. Мутированный ген кодировал сущего берсерка — постоянно работающий гиперактивный белок, выключить который было невозможно. Этот мутантный белок подавал клетке непрестанный сигнал делиться без остановки. Это был тот самый, давно дразнивший воображение ученых «природный» онкоген, во плоти и крови. «Когда мы клонируем ген рака, — писал Вайнберг, — мир будет у наших ног». Он не сомневался, что вслед за этим открытием немедленно последуют новые прозрения в теории канцерогенеза, будут разработаны новые терапевтические направления. «Это была прекрасная и несбыточная мечта», — вспоминал Вайнберг впоследствии.

* * *

В 1983 году, через несколько месяцев после того как Вайнберг выделил мутантный ген ras, Рэй Эриксон приехал в Вашингтон получить престижную премию компании «Дженерал моторс» за исследования функций и работы src. Вместе с ним в тот же вечер награждали и Тома Фрея за успехи в лечении лейкемии.

Вечер удался на славу: изысканный ужин при свечах, речи и тосты. За накрытыми белыми скатертями столами собрались ученые, врачи и политики, включая многих из бывших ласкеритов. Разговоры вертелись вокруг открытия онкогенов и изобретений лечебной химиотерапии. Две эти главные темы звучали независимо друг от друга, словно бы в двух непересекающихся, замкнутых вселенных — точно так же как на конференции в Хьюстоне десять лет назад. Казалось, премия Фрея за достижения химиотерапии и премия Эриксона за определение функции важнейшего онкогена получены на совершенно разных и не связанных друг с другом поприщах. «Никто из клиницистов не выказал желания пойти навстречу биологам и соединить два полюса знаний о раке», — рассказывал Эриксон. Две половинки рака, причина и лечение, пировали и праздновали вместе, а потом умчались в ночь на разных такси.

Открытие ras решило одну из проблем, стоявших перед генетиками рака: из раковой клетки удалось выделить мутантный онкоген. Однако теперь возникла новая проблема. Теория двух ударов Кнудсона выдвинула рискованное предсказание, что клетки ретинобластомы содержат по две инактивированные копии гена Rb. Вайнберг, Виглер и Барбасид доказали правоту Вармуса и Бишопа. Следовало доказать правоту Кнудсона, выделив легендарный ген-супрессор опухолей и продемонстрировав, что при ретинобластоме обе его копии неисправны.

Эта проблема шла рука об руку с причудливым концептуальным вывертом. Гены-супрессоры опухолей по природе своей дают о себе знать своим отсутствием. Когда происходит мутация онкогена, он включает клеточный рост, словно бы дает делению зеленый свет, а ген-супрессор опухоли, мутировав, напротив, выключает стоп-сигнал деления. Метод Вайнберга и Цзяо Ши по трансфекции сработал потому, что онкогены заставляют нормальные клетки бесконтрольно делиться, таким образом образуя очаги клеток. Если в клетку перенести антионкоген, он не может создать там «антиочаг». «Как же выловить ген-призрак, который влияет на клетки из-за темной завесы?» — писал Вайнберг.

В середине 1980-х годов генетики начали различать за завесой ретинобластомы неясные очертания. Анализируя хромосомы раковых клеток ретинобластомы при помощи излюбленной методики Джанет Роули, генетики показали, что ген Rb обитает в тринадцатой хромосоме. Однако каждая хромосома содержит тысячи генов. Изолировать из этого громадного количества всего один конкретный ген, да еще тем более функционально проявляющийся только тогда, когда он неактивен, казалось совершенно немыслимой задачей. Огромные лаборатории, профессионально оборудованные для поиска раковых генов — лаборатория Вебстера Кавени в Цинциннати, Бренды Галли в Торонто и Вайнберга в Бостоне, — отчаянно пытались придумать стратегию для выделения Rb. Однако все их усилия зашли в тупик. «Мы знали, где Rb обитает, — вспоминал Вайнберг, — но понятия не имели, что он собой представляет».

По другую сторону реки Чарльз от лаборатории Вайнберга в охоту на Rb включился еще и Тадеуш Дрыя, офтальмолог, переквалифицировавшийся в генетики. Лаборатория Дрыи располагалась на шестом этаже Массачусетской больницы глазных и ушных заболеваний — в «Глазе», как прозвали это место студенты-медики. Офтальмологическая больница славилась клиническими исследованиями глазных болезней, однако не считалась хорошим ресурсом по части лабораторных испытаний. Институт, где работал Вайнберг, похвалялся новейшими технологиями, армией механизмов, способных секвенировать тысячи образцов ДНК, могущественными флуоресцентными микроскопами, с помощью которых можно заглянуть в самое сердце клетки. «Глаз», с гордостью демонстрирующий коллекцию луп и линз — экспонаты девятнадцатого века в старомодных застекленных деревянных витринах, — отличала демонстративная анахроничность.

Дрыя не был типичным генетиком. В середине 1980-х годов, пройдя клиническую практику по офтальмологии в Бостонской больнице, он перебрался на другой конец города в научную лабораторию Детской больницы, чтобы изучать там генетику глазных заболеваний. Для него, офтальмолога, интересующегося раком, выбор объекта напрашивался сам собой: ретинобластома. Но даже Дрыя, оптимист по природе, не решался взяться за поиски Rb. «Бренда Галли и Вебстер Кавини — оба увязли на этом пути, пытаясь клонировать Rb. Время было тяжелое, сплошные разочарования».

Дрыя начал охоту за Rb с нескольких ключевых предположений. Он знал, что нормальные клетки человека имеют по две копии каждой хромосомы (кроме половых хромосом) — по одной от каждого родителя: всего двадцать три пары, то есть сорок шесть штук. Таким образом, в каждой нормальной клетке содержится две копии гена Rb в тринадцатой паре хромосом.

Если предположить, что теория двух ударов Кнудсона верна, то каждая опухоль глаза будет иметь две независимые дезактивирующие мутации гена Rb, по одной на каждую хромосому. Мутации могут происходить в самых разных видах. Это может быть крошечное изменение в ДНК, активирующее ген, или же глобальная структурная утрата куска гена (делеция), затрагивающая большой кусок хромосомы. Поскольку для возникновения ретинобластомы ген Rb должен быть инактивирован, Дрыя рассудил, что в данном случае мутация представляет собой второй вариант, делецию гена. В конце концов, вырезать большой кусок гена — это самый простой и быстрый способ парализовать его и сделать его неактивным.

Дрыя предположил, что в большинстве ретинобластом две делеции в разных копиях гена Rb будут затрагивать разные части гена. Поскольку мутации происходят случайным образом, то получить две одинаковые мутации в обеих хромосомах — все равно что выбросить две шестерки при игре в кости, где у каждой кости сотня граней. Скорее одна делеция ударит, например, по началу гена, а вторая по концу (функциональные последствия в обоих случаях будут одинаковыми — инактивация Rb). То есть в большинстве опухолей два удара будут несимметричны и затронут разные участки хромосом.

Тем не менее даже на костях с сотней граней, если кидать их много раз подряд, иногда выпадает двойная шестерка. Дрыя понимал, что изредка будет попадаться опухоль, в которой делеции случились в одной и той же части гена в обеих сестринских хромосомах. В таком случае этого отрезка хромосомы в клетке не будет совсем, ни в каком виде. Если найти метод выявления полностью отсутствующей части тринадцатой хромосомы в опухолевых клетках ретинобластомы, тем самым мгновенно обнаружится и ген Rb. Дрыя остановился на простейшей стратегии: чтобы найти ген с отсутствующей функцией, надо искать отсутствие структуры.

Для определения такого пропавшего участка хромосомы Дрые нужны были своего рода структурные вешки по всей длине тринадцатой хромосомы — выстроенные вдоль хромосомы маленькие кусочки ДНК, называемые пробами. Дрыя использовал эти кусочки в такой же «склеивающей» реакции, что проводил Бишоп в 1970-х годах: если в опухолевой ДНК есть парный участок, то пробный кусочек ДНК приклеится к нему, если же нет — не приклеится. Дрыя собрал серию таких проб. Вдобавок он уже располагал и вторым необходимым ресурсом — огромной коллекцией замороженных опухолей. Шансы найти совпадающую в обеих хромосомах делецию были ничтожны, так что предстояло проверить множество образцов.

В этом и состояло главнейшее преимущество Дрыи над всеми профессиональными лабораториями Бостона и Хьюстона. Лабораторные исследователи редко покидают свои лаборатории в поисках человеческих образцов, однако у клинициста Дрыи ими был полон холодильник. «Я одержимо запасал опухоли, — рассказывал он с детским восторгом коллекционера. — Распространил среди врачей и пациентов весть, что я интересуюсь случаями ретинобластомы. Каждый раз, как кто-нибудь сталкивался с ретинобластомой, он тут же говорил: „Позовите-ка Дрыю“. Я немедленно приезжал, прилетал или хоть пешком приходил и забирал себе образец. Всех пациентов я знал поименно. Поскольку ретинобластома — семейное заболевание, я звонил им домой, интересовался, не обнаружилось ли ретинобластомы у кого-нибудь из братьев и сестер или еще каких родственников. Иногда я узнавал про опухоль раньше семейного доктора».

Неделя за неделей Дрыя извлекал из образцов хромосомы и при помощи проб ДНК анализировал их структуру. Если проба связывалась с хромосомой, на геле оставался след, если этого кусочка не было — не было и сигнала. Как-то утром, прогнав на анализ очередную дюжину опухолей, Дрыя пришел в лабораторию и, держа блот на просвет у окна, с привычным автоматизмом пробегал глазами ряд за рядом, точно читающий нотные записи пианист. В опухоли, результаты которой он смотрел, в обеих хромосомах недоставало одной и той же пробы — он назвал ее НЗ-8. На миг Дрыю бросило в жар от восторга, но тот быстро сменился дурнотой. «Тогда-то я и осознал: ген у нас в руках. Мы нашли ретинобластому».

Дрыя определил участок ДНК, отсутствующий в обеих хромосомах. Далее требовалось найти соответствующий участок, присутствующий в нормальных клетках, и таким образом выделить ген Rb. Приближаясь к концу исследований, Дрыя напоминал акробата на последнем, самом опасном отрезке каната. Крошечная лаборатория гудела от напряжения, работая на пределе. Дрые не хватало ни технических средств, ни опыта и умений по части выделения генов. Ему отчаянно требовалась помощь на этом последнем броске. Исследователи в лаборатории Вайнберга тоже охотились за геном ретинобластомы. Перед Дрыей стоял простой выбор: скооперироваться с Вайнбергом или же попытаться выделить ген самому — и проиграть.

В вайнбергской лаборатории выделением гена Rb занимался Стив Френд. Веселый молекулярный генетик, наделенный быстрым умом и непринужденной легкостью в общении, Френд как-то вскользь упомянул Дрые, что тоже интересуется Rb. В отличие от Дрыи, работавшего с пополняющейся коллекцией опухолевых тканей, Френд наращивал коллекцию нормальных клеток, в которых ген Rb был цел и невредим. Подход Френда состоял в том, чтобы найти гены, присутствующие в нормальных клетках сетчатки глаза, а потом выявить, какой из них будет деформирован в ретинобластоме, — то есть он двигался навстречу Дрые с другого конца пути.

Для Дрыи было очевидно, что эти два подхода идеально дополняют друг друга. Он определил участок ДНК, отсутствующий в опухолях. Сумеют ли Френд с Вайнбергом вытащить из нормальной клетки целый полноразмерный ген? Исследователи договорились о сотрудничестве между лабораториями. Однажды утром 1985 года Дрыя взял пробу НЗ-8 и бегом бросился через мост Лонгфелло, ставший основной трассой онкогенеза, спеша принести образец на лабораторный стол в институте Уайтхед.

Френду не потребовалось много времени, чтобы проверить пробу Дрыи. При помощи все той же «склеивающей» реакции ДНК он выявил и выделил из нормальной клетки ген, реагировавший на пробу НЗ-8. Этот изолированный ген, как и предсказывалось, обитал в тринадцатой хромосоме. Проверив ген на своем банке опухолевых образцов, Дрыя обнаружил то, что предположил Кнудсон более десяти лет назад: все клетки ретинобластомы обладали неисправными генами в обеих сестринских хромосомах — два удара, — тогда как у нормальных клеток было по две нормальных копии гена. Ген, выделенный Френдом, без всяких сомнений, оказался именно искомым Rb.

В октябре 1986 года Френд, Вайнберг и Дрыя опубликовали результаты в журнале «Нейчур». Статья идеально дополняла предыдущую статью Вайнберга о гене ras — как инь и ян: выделение активированного протоонкогена (ras) и выявление антионкогена (Rb). «Пятнадцать лет назад, — писал Вайнберг, — Кнудсон обеспечил теоретическую базу опухолегенеза ретинобластомы, предположив, что для развития опухоли требуется как минимум два генетических события… Мы выделили (человеческий ген), по всей вероятности, представляющий собой один из примеров подобных генов-супрессоров опухоли».

Функции гена Rb в нормальных клетках и по сей день остаются загадкой. Как оказалось, название этому гену дали не совсем подходящее. Ген ретинобластомы, Rb, мутирован не только в редкой глазной опухоли у детей. В начале 1990-х годов, проверив выделенный Дрыей. Френдом и Вайнбергом ген на множестве других типов рака, исследователи обнаружили, что он мутирован еще и при раке легких, костной ткани, пищевода, молочной железы и мочевого пузыря у взрослых. Подобно гену ras, он экспрессируется практически в любой делящейся клетке — и инактивирован при огромном множестве различных злокачественных заболеваний. Таким образом, название «ген ретинобластомы» не отражает все значение этого гена.

Ген ретинобластомы кодирует белок, также получивший название Rb и обладающий глубоким молекулярным «карманом». Главная его функция состоит в том, чтобы связывать другие белки и хранить их в своем кармане, тем самым не позволяя им активировать деление клетки. Когда клетка решает, что настало время для деления, она присоединяет к Rb фосфатную группу — этот молекулярный сигнал инактивирует белок и заставляет его выпустить из кармана заточенные там другие белки. Таким образом, Rb выступает при клеточном делении в роли привратника, открывающего шлюзы целого потока ключевых молекулярных событий всякий раз, как деление активируется, и закрывающего эти шлюзы, когда деление завершено. Мутация по гену Rb инактивирует эти функции. В раковой клетке шлюзы открыты все время, а потому она не может прекратить деление.

Клонирование ras и Rb — онкогена и антионкогена — стало переломным моментом в генетике рака. За следующие десять лет, с 1983 по 1993 год, в раковых клетках человека выявили множество других онкогенов и антионкогенов (супрессоров опухолей): myc, neu, fos, ret, akt (онкогены) и р53, VHL, АРС (супрессоры опухолей). Ретровирусы, случайные переносчики онкогенов, отошли на задний план. Теория Вармуса и Бишопа — что онкогены представляют собой активированные гены нормальных клеток — была доказана для многих форм рака. Также широко применима к раку оказалась и теория двух ударов — что гены-супрессоры опухолей должны быть неисправны в обеих сестринских хромосомах. Постепенно вырисовывалась общая концептуальная основа канцерогенеза. По этой теории, раковая клетка представляет собой сломанный, вырвавшийся из-под контроля механизм, в котором онкогены исполняют роль заевших педалей газа, а супрессоры — отказавших тормозов.

В конце 1980-х годов из прошлого вынырнуло еще одно направление исследований, принеся с собой щедрый урожай генов, связанных с раком. Со времен заметки де Гувеа от 1872 года о бразильской семье с наследственным глазным раком генетики обнаружили еще несколько семей, передававших рак в генах. Истории этих семей носили сходный и трагический характер: рак преследовал их из поколения в поколение, возникая у родителей, детей и внуков. Во всех семейных историях особенно выделялись две черты. Во-первых, генетики заметили, что спектр рака в этих семьях довольно-таки ограничен и стереотипен: в одной семье постоянно встречался рак толстого кишечника и яичников, в другой — молочной железы и яичников, в третьей — саркомы, лейкемии и глиомы. Во-вторых, в разных семьях часто повторялись одни и те же закономерности, наводя на мысль о некоем общем генетическом синдроме. При синдроме Линча, впервые описанном выдающимся онкологом Генри Линчем на примере семьи из Небраски, из поколения в поколение повторялись раки толстого кишечника, яичников, желудка и печени. При синдроме Ли-Фраумени встречались остеосаркомы и саркомы внутренних органов, лейкемии и опухоли мозга.

При помощи самых современных методик молекулярной генетики исследователи 1980–1990-х годов сумели клонировать и определить некоторые из этих связанных с раком генов. Многие из семейных генов рака, подобно Rb, оказались супрессорами опухолей (хотя иногда обнаруживались и онкогены). Большинство таких наследственных синдромов встречалось крайне редко. Однако иной раз генетики обнаруживали ген предрасположенности к раку, представленный в популяции достаточно часто. Пожалуй, самым поразительным из таких открытий стал ген BRCA-1, существование которого заподозрила генетик Мэри Клэр-Кинг, а подтвердила группа Марка Сколника при фармацевтической компании «Мириад дженетик». Этот ген определяет высокую степень риска рака молочной железы и яичников и в некоторых популяциях встречается у одного процента женщин — то есть является самым распространенным геном, связанным с раком у людей. Мы еще вернемся к этому гену чуть позже.

Таким образом, в начале 1990-х годов открытия онкологии перешли от куриных опухолей Рауса к настоящим ракам у человека. Ревнители чистоты жанра все еще продолжали сетовать. Призрак Роберта Коха по-прежнему преследовал генную теорию рака. Кох постулировал, что тот или иной фактор считается причиной болезни тогда и только тогда, если: (1) присутствует в организме больного; (2) его можно выделить из больного организма; и (3) при перенесении из организма больного вторичному хозяину тоже вызывает заболевание. Таким образом, онкогены удовлетворяли двум первым условиям: присутствовали в раковых клетках и могли быть оттуда выделены. Однако никто еще не доказал, что ген рака сам по себе способен вызывать опухоль у животных.

В середине 1980-х годов серия выдающихся экспериментов позволила генетикам рака наконец-то выполнить последнее условие Коха. В 1984 году биологи, работавшие со стволовыми клетками, разработали новую методику, при помощи которой можно было ввести чужеродные гены в мышиный эмбрион на ранней стадии развития, а потом вырастить из этого эмбриона настоящую живую мышь. Таким образом, ученые научились получать трансгенных мышей, у которых один или несколько генов были изменены искусственным образом. Генетики рака ухватились за новые возможности. В число первых генов, введенных таким мышам, вошел и c-myc, онкоген, обнаруженный в клетках лимфомы.

Используя методику выведения трансгенных мышей, группа Филиппа Ледера из Гарварда хитроумным способом изменила у мышей ген c-myc: так чтобы ген повышенно экспрессировался не во всем организме мыши, а только в молочной железе. (Ген myc нельзя активировать во всех клетках, иначе эмбрион превратится в шар беспорядочно делящихся клеток, а потом погибнет. Причины этого непонятны. Единственным способом активировать myc в живой мыши было ограничение активации гена до уровня отдельной ткани. Поскольку лаборатория Ледера изучала рак молочной железы, то он и выбрал именно эту ткань.) Ледер красноречиво назвал полученных им мышей онкомышами и в 1988 году запатентовал их. Мыши стали первым запатентованным животным в истории.

Ледер ожидал, что его трансгенные мыши поголовно заболеют раком, однако, к его удивлению, у онкомышей и рак оказался мышиным. Несмотря на присутствие в хромосомах агрессивного онкогена, у подопытных животных возникали лишь небольшие односторонние опухоли, да и то ближе к концу жизни. Что еще более удивительно, у мышей рак возникал только после беременности. Напрашивалось предположение: для полной трансформации клеток молочной железы требуются не только наследственные факторы, но и факторы окружающей среды, такие как гормоны. «Активного гена myc еще недостаточно для развития опухоли, — писал Ледер. — Будь его достаточно, мы ожидали бы однотипного двустороннего образования опухолевых масс в молочных железах у всех пяти подопытных животных. Однако наши результаты наводят на мысль о двух дополнительных условиях. Одно из них, по всей вероятности, — последующее трансформирующее событие… второе — связанное с беременностью изменение гормонального фона, пока еще только гипотетически предполагаемое на основании этих первых исследований».

Для исследования роли других онкогенов и влияния внешних факторов Ледер создал вторую линию онкомышей, в хромосомы клеток молочной железы у которых были введены два активированных протоонкогена, ras и myc. В считанные месяцы у мышей развились множественные опухоли молочной железы. Таким образом, условие о гормональном фоне, обусловленном беременностью, было частично преодолено. Однако у мышей по-прежнему возникали лишь отдельные отчетливо различимые клоны раковых клеток. У каждой мыши активированными генами ras и myc обладали миллионы клеток молочной железы, получившие мощнейшие онкогены, однако настоящие опухоли дали лишь отдельные клетки.

Все же это был знаковый, эпохальный эксперимент: у животных научились искусственно вызывать рак. «Генетики, — вспоминает ученый Клифф Табин, — пересекли очередную границу. Теперь они не просто возились в лабораториях с генами, путями патогенеза и комками наросшей культуры — теперь они имели дело с настоящими опухолями у животных». Давние придирки Пейтона Рауса — что никто и никогда не сумел получить рак в живом организме, изменив определенный набор генов клетки, — наконец-то утратили былую актуальность и остроту.

 

Отличительные признаки рака

Шныряя по клеткам вивария Гарвардского медицинского института, онкомыши Филиппа Ледера несли на своих маленьких лапках огромное научное значение. Эти мыши воплощали достижения онкологической генетики: ученые создали настоящую опухоль в живом организме — не абстрактный очаг деления в чашке Петри — путем искусственного введения двух онкогенов, ras и myc. Однако эксперимент Ледера поднимал множество дальнейших вопросов о генетике рака. Рак — это не просто масса опухолевых клеток в организме. Эта болезнь движется, распространяется, развивается, проникает в новые органы, уничтожает другие ткани и сопротивляется лекарствам. Активация двух сильнодействующих онкогенов не сумела воспроизвести во всех клетках полный набор симптомов рака. Достижения генетики, без сомнения, проиллюстрировали некоторые аспекты развития рака, однако еще многое предстояло открыть.

Если двух онкогенов мало для создания полного спектра рака, то сколько же на самом деле требуется активированных протоонкогенов и дезактивированных супрессоров опухоли? Какие генетические шаги нужны, чтобы превратить нормальную клетку в опухолевую? Применительно к человеческому раку на эти вопросы невозможно ответить экспериментальным путем. Нельзя же искусственно вызывать рак у людей, чтобы на его примере проследить активацию и инактивацию генов! Однако на эти вопросы можно ответить при помощи ретроспективного метода. В 1988 году врач-клиницист Берт Фогельштейн из балтиморского медицинского Института Джонса Хопкинса задался целью определить количество генетических изменений, которое требуется, чтобы вызвать рак у человека. Вопрос этот, в том или ином виде, занимал Фогельштейна почти двадцать лет.

Фогельштейна вдохновили наблюдения, сделанные Георгиосом Папаниколау и Оскаром Ауэрбахом в 1950-е годы. И тот, и другой, работая с различными видами рака, обратили внимание на то, что рак не возникает непосредственно из нормальной клетки. Как правило, он медленно крадется, преодолевая отдельные переходные стадии между полностью нормальной и откровенно злокачественной клеткой. На протяжении десятилетий, перед тем как рак шейки матки достигнет неукротимой инвазивной формы, в тканях можно наблюдать судьбу предраковых клеток, начиная с первых шагов в мрачном движении к недугу. Принцип мазков Папаниколау основан на выявлении и удалении этой предраковой стадии, пока болезнь не достигла стадии злокачественности. Точно так же и Ауэрбах отмечал, что в легких курильщиков предраковые клетки появляются задолго до возникновения самого рака. Рак толстой кишки тоже претерпевает на своем пути серию постепенных изменений — от неинвазивных доброкачественных образований под названием аденома до высокоинвазивной терминальной стадии, инвазивной саркомы.

Фогельштейн решил исследовать этот процесс на примере рака толстой кишки. Он собирал у пациентов образцы тканей, представляющих разные стадии рака толстой кишки. Затем он взял серию из четырех генов рака у человека — как онкогенов, так и супрессоров опухолей — и оценил каждую клиническую стадию из своей коллекции на активацию или инактивацию этих четырех генов.

Зная о гетерогенности каждого рака, можно наивно предположить, что у каждого пациента будет наблюдаться собственный набор генетических мутаций, а соответственно — и свой уникальный набор мутировавших генов. Фогельштейн обнаружил в образцах рака толстой кишки поразительно устойчивые закономерности: на примере многих образцов и многих пациентов одни и те же переходные стадии рака сопровождались одними и теми же изменениями генетического состояния. Раковые клетки активировали или инактивировали гены отнюдь не случайным образом. Переход от предраковых стадий к злокачественному инвазивному заболеванию в точности коррелировал со строгой и типичной последовательностью активации и инактивации генов.

В 1988 году Фогельштейн писал в «Нью-Ингленд джорнал оф медесин»: «Параллельно с клинической прогрессией опухоли у больных накапливались четыре молекулярных изменения… По всей видимости, в самом начале процесса одна клетка начинает усиленно делиться и создает маленькое доброкачественное новообразование. Во время роста этих клеток нередко наблюдается мутация в гене ras. И наконец, потеря генов-супрессоров опухолей… может ассоциироваться с перерождением аденомы в саркому».

Поскольку в 1988 году Фогельштейн сам выбирал четыре гена, на активность которых проверял свои образцы, он не мог посчитать общее количество генов, необходимых для полного озлокачествления, — технологиям, позволяющим провести подобный анализ, предстояло появиться только через двадцать лет. Тем не менее он доказал существование постепенного генетического перехода от стадии к стадии. Папаниколау и Ауэрбах описали патологические процессы, сопровождающие наступление рака, как многоступенчатый процесс — от первичных доброкачественных изменений к инвазивному раку. Фогельштейн же продемонстрировал, что генетическое наступление рака тоже является многоступенчатым процессом.

Знать это было приятно. За десять лет, с 1980 по 1990 год, в человеческом геноме обнаружили не меньше сотни протоонкогенов и супрессоров опухолей, и это изобилие порождало тревожный вопрос: если геном человека так густо усыпан всеми этими зловещими генами, только и ждущими возможности подтолкнуть клетку на роковую дорожку, почему же тогда у людей ежеминутно не развивается какой-нибудь новый вид рака?

Генетики, занимающиеся проблемами рака, уже знали ответ на этот вопрос. Во-первых, протоонкогены активируются за счет мутаций, а мутация — не столь уж частое событие. Во-вторых, гены-супрессоры опухолей должны инактивироваться, однако в каждой клетке содержится по две копии каждого гена, а значит, для инактивации гена-супрессора требуется две независимые мутации, что случается еще реже. Фогельштейн дал третий ответ. Активация или инактивация одного гена, постулировал он, обеспечивает лишь первый шаг в процессе канцерогенеза. Наступление рака — процесс медленный и длительный, проходящий через много мутаций во многих генах. Выражаясь в терминах генетики, наши клетки не сидят на краю пропасти, за которым их караулит рак. Они влекутся к этой пропасти постепенно, за много шагов.

Пока Берт Фогельштейн описывал медленное шествие рака от мутации к мутации, занимающиеся раком биологи исследовали функции этих мутаций. Они знали, что мутации раковых генов описываются двумя категориями: они либо активируют протоонкогены, либо инактивируют антионкогены. Характерным признаком рака является патологическое деление, однако раковые клетки не просто делятся, они еще и мигрируют по телу, уничтожая другие ткани, заселяя органы и колонизируя отдаленные уголки организма. Чтобы понять синдром рака во всей его полноте, биологам требовалось увязать мутации в генах раковых клеток со всем сложным и многогранным патологическим поведением этих клеток.

Гены кодируют белки, а белки нередко работают как миниатюрные молекулярные переключатели, активирующие еще какие-нибудь белки и инактивирующие третьи, включающие и выключающие все новые и новые переключатели внутри клетки. Для любого такого белка можно нарисовать схему действия: белок А включает белок Б, который включает белок В и выключает белок Г, а тот, в свою очередь, включает белок Д — и так далее. Подобный молекулярный каскад называется сигнальным путем исходного белка. В клетке постоянно работает множество таких сигнальных путей, передающих и получающих сигналы. Именно они все и обеспечивают функционирование клетки и ее взаимосвязь с окружением.

Как выяснили биологи, занимающиеся проблемами рака, протоонкогены и гены-супрессоры опухолей сидят в ключевых узлах сигнальных путей. Например, белок Ras активирует белок Mek, а тот активирует Erk, который еще через несколько промежуточных ступеней ускоряет деление клетки. Этот каскад, называемый сигнальным путем Ras-Mek-Erk, в нормальной клетке строго регулируется, тем самым строго регулируя и клеточное деление. В раковой же клетке активированный Ras постоянно активирует Mek, а тот так же постоянно активирует Erk, что выражается в бесконтрольном клеточном делении, патологическом митозе.

Однако активированный сигнальный путь ras (Ras → Mek → Erk) не просто ускоряет процесс клеточного деления, а пересекается с другими сигнальными путями, тем самым обеспечивая и другие типичные особенности поведения раковой клетки. В 1990-е годы Джуда Фолкман, хирург-клиницист из бостонской Детской больницы, продемонстрировал, что некоторые активированные сигнальные пути раковой клетки, в том числе и ras, также стимулируют рост кровеносных сосудов в окрестностях опухоли. Таким образом, коварно инициируя развитие вокруг себя сети кровеносных сосудов, опухоль приобретает собственный источник питания, а потом разрастается вокруг этих сосудов гроздьями, точно виноградные лозы. Фолкман назвал этот феномен опухолевым ангиогенезом.

Стэн Корсмейер, гарвардский коллега Фолкмана, обнаружил в раковых клетках и другие активированные сигнальные пути, восходящие к генным мутациям, которые блокируют процесс клеточной смерти, тем самым делая раковую клетку невосприимчивой к сигналам смерти. Другие сигнальные пути позволяют раковым клеткам приобретать подвижность, передвигаться из одной ткани в другую, тем самым образуя метастазы. Еще некоторые генетические каскады увеличивают выживаемость клетки во враждебной среде, так что когда рак, разносясь с кровью, вторгается в другие органы, там его не отторгают и не уничтожают защитные системы организма.

Короче говоря, рак не просто генетическое заболевание — это генетика во всей ее полноте и целостности. Генетические аномалии управляют всеми аспектами поведения раковой клетки. Из раковой клетки расходятся каскады аномальных сигналов, порожденных мутантными генами. Они обеспечивают ее выживание, ускоренный рост, подвижность, способность наращивать вокруг кровеносные сосуды и тем самым добывать источники питания и кислорода — словом, поддерживают жизнь рака.

Интересно, что все эти генные каскады являются, по сути, искажениями сигнальных путей, используемых организмом в обычных условиях. «Гены подвижности», активированные в раковых клетках, — это те же самые гены, которые активирует клетка, когда ей надо двигаться по телу, например, когда клеткам иммунной системы необходимо двигаться к месту инфекции. Опухолевый ангиогенез задействует те же сигнальные пути, которые работают, когда рост сосудов нужен для того, чтобы заживить рану. Ничего принципиально нового, ничего постороннего. Жизнь раковой опухоли — это повторение жизни самого организма, рак — это мы сами, только в кривом зеркале. Сьюзен Зонтаг предостерегала, что очень опасно перегружать болезнь метафорами. Но это не метафора. Раковые клетки — гиперактивные, чрезмерно приспособленные, агрессивные, плодовитые и изобретательные копии нас самих, до самой глубинной своей сути, до последней молекулы.

В начале 1990-х годов биологи, занимающиеся проблемами рака, начали моделировать процесс канцерогенеза в терминах молекулярных изменений в генах. Чтобы понять эту модель, давайте начнем с рассмотрения нормальной клетки, обитающей в левом легком сорокатрехлетнего мастера по установке противопожарного оборудования. Однажды в 1968 году крохотная пылинка асбеста, выпавшая из какой-нибудь огнезащитной прокладки, влетает в легкое с воздухом и опускается поблизости от нашей клетки. Организм реагирует на эту пылинку воспалением. Клетки вокруг начинают судорожно делиться в попытке организма залечить крохотную ранку. На месте событий остается маленькая кучка клеток — потомков исходной клетки.

В одной клетке из этой горстки потомков происходит случайная мутация по гену ras, активирующая его. Клетка, содержащая мутантный ген, начинает делиться быстрее, чем ее соседи, и образует новое скопление клеток внутри первоначального. Это еще не раковые клетки, но в них уже отчасти наблюдается бесконтрольное деление — то есть это самые первые предшественники рака.

Проходит десять лет. Маленькая группка мутантных по гену ras клеток незаметно продолжает размножаться где-то в дальнем углу легкого. Мастер еще и курит. Канцерогены из дыма попадают в глубь легкого и взаимодействуют со скоплением ras-мутантных клеток. Одна из клеток этого скопления приобретает вторичную мутацию в генах, активируя тем самым второй онкоген.

Проходит еще десять лет. Другая клетка из этой вторичной массы случайно попадает под луч на рентгене и обретает очередную мутацию, на сей раз инактивирующую ген-супрессор опухолей. Эта мутация пока не дает никакого результата, потому что в клетке две копии этого гена. Но на следующий год очередная мутация инактивирует вторую копию гена-супрессора. Таким образом образуется клетка, в которой активировано два онкогена и инактивирован один ген-супрессор опухолей.

Роковое шествие начинается, разворачивается полным ходом. Клетки, обладающие четырьмя мутациями, растут гораздо быстрее своих собратьев. По мере размножения они приобретают все новые мутации, активирующие сигнальные пути, которые приводят к еще большей приспособленности и выживаемости клеток. Одна мутация позволяет опухоли стимулировать рост сосудов вокруг нее, следующая обеспечивает клеткам выживание даже в областях тела с низким уровнем кислорода.

Мутантные клетки порождают все новые и новые клетки, до бесконечности. В какой-нибудь из них активируются гены, увеличивающие подвижность. Теперь такая клетка может мигрировать через ткань легких и попасть в кровяное русло. Потомок такой раковой клетки приобретает способность выживать в костной ткани. Эта клетка, переносясь с кровью, достигает наружного края подвздошной кости и обосновывается там, начав очередной цикл выживания, отбора и колонизации. Это — первая метастаза опухоли, изначально образовавшейся в легких.

Мастеру по установке противопожарного оборудования иногда чуточку трудно дышать. В легких будто что-то покалывает. При ходьбе он ощущает, словно бы в груди что-то движется. Минует еще год, ему становится хуже. Он посещает врача и делает томографию, на которой выявляется опухолевая масса в легких, коростой оплетающая бронхи. Биопсия показывает рак легких. Хирург осматривает пациента, изучает снимки грудной клетки и приходит к выводу, что рак неоперабелен. Через три недели после этого визита больной возвращается в клинику, жалуясь на боли в ребрах и бедрах. Сканирование костей показывает метастазы.

Начата внутривенная терапия. Клетки опухоли в легких отзываются на лечение. Пациент проходит мучительный режим множественных цитотоксических препаратов. Однако во время лечения одна из опухолевых клеток приобретает еще одну мутацию, которая обеспечивает ей устойчивость к лекарствам. Через несколько месяцев после начала лечения опухоли проявляются повсюду — в легких, костях, печени. Утром 17 октября 2004 года, одурманенный болеутоляющими наркотиками, пациент умирает на больничной койке в Бостоне, в окружении жены и детей. Крошка асбеста все так же покоится в дальнем уголке легких. Больному семьдесят шесть лет.

Я начал этот рассказ, как гипотетическую историю рака. Гены, канцерогенез и последовательность мутаций в этом ряду были чисто гипотетическими, зато персонаж — совершенно реальным. Это был первый пациент, умерший на моем попечении, когда я проходил практику по онкологии в Массачусетской клинической больнице.

Как я уже говорил, медицина начинается с рассказов. Пациенты рассказывают свои истории, описывая болезнь, — врачи рассказывают другие истории, чтобы понять ее. Наука, в свою очередь, берет слово, пытаясь найти объяснение болезни. История возникновения одного рака — канцерогены, вызвавшие мутации в генах, запустившие каскады сигнальных путей в клетках, проходящих неизбежные циклы мутаций, отбора и выживания, — представляет собой наиболее убедительное наше представление о том, как зарождается рак.

Осенью 1999 года Роберт Вайнберг посетил онкологическую конференцию на Гавайях. Однажды днем они с онкологом Дугласом Ханаханом гуляли по наслоениям лавы в горах, пока не оказались у кратера вулкана. Разговор их был исполнен досады и разочарования. Слишком уж долго о раке рассуждали точно о несуразном хаосе. Биологические характеристики опухолей отличались ярким разнообразием, словно отрицая любую возможность упорядоченной организации. Складывалось впечатление, что для них не существует никаких общих правил.

Однако Вайнберг и Ханахан знали, что открытия двух минувших десятилетий предполагают глубинные правила и общие принципы. Глядя раку в лицо, биологи осознавали, что за поразительным разнообразием кроются общие модели, гены и сигнальные пути. В январе 2000 года, через несколько месяцев после прогулки к кратеру вулкана, Вайнберг и Ханахан опубликовали обзорную статью «Отличительные признаки рака», в которой суммировали все эти правила. Это была честолюбивая и культовая научная работа, ознаменовавшая возвращение — после столетних блужданий — к давней теории Бовери о «единой причине карцином».

«Обсуждаются… правила, управляющие трансформацией нормальных человеческих клеток в злокачественные раковые. Предполагается, что исследования последних десятилетий обнаружили некоторое число молекулярных, биохимических и клеточных признаков — приобретенных способностей, общих для большинства, а возможно, что и для всех типов рака у человека».

Сколько же «правил» понадобилось Вайнбергу и Ханахану для описания ключевого поведения более сотни разнообразных типов и подтипов опухолей? Невероятный масштаб обсуждаемой проблемы был очевиден, а вот ответ оказался чрезвычайно лаконичен: шесть. «По нашим предположениям, обширный каталог генотипов раковых клеток отображает шесть основных изменений в физиологии клеток, которые в совокупности определяют злокачественный рост»:

1. Самодостаточность, независимость от сигналов роста: раковые клетки приобретают способность делиться автономно — патологическим митозом — благодаря активации таких онкогенов, как ras или myc.

2. Нечувствительность к сигналам, воспрещающим рост (ингибиторам роста): раковые клетки инактивируют гены-супрессоры опухолей, такие как ген ретинобластомы (Rb), в нормальных условиях останавливающие деление.

3. Ускользание от механизмов программированной гибели клеток (апоптоза): раковые клетки подавляют и инактивируют гены и сигнальные пути, в обычных условиях приводящие к гибели клетки.

4. Безграничный потенциал к делению: раковые клетки активируют специфические генные сигнальные пути, обеспечивающие им бессмертность даже после многих циклов деления.

5. Способность к ангиогенезу: раковые клетки приобретают свойство обеспечивать себе приток крови и кровеносных сосудов — опухолевый ангиогенез.

6. Тканевая инвазия и метастазы: раковые клетки приобретают способность мигрировать в другие органы и ткани, основывать там колонии, тем самым обеспечивая распространение опухолей по организму.

Примечательно, что эти шесть правил отнюдь не являются абстрактным описанием поведения раковых клеток. Многие из генов и сигнальных путей, обеспечивавших эти шесть моделей поведения, уже идентифицированы — ras, myc, Rb и другие. Задача состояла в том, чтобы связать причинное понимание глубинной биологии онкологических заболеваний с практикой — научиться лечить эти заболевания.

«Иные возразят, что поиски причины и лечения этой болезни продолжатся и следующую четверть века в той же манере, что и в недавнем прошлом, за счет добавления к сложной и перегруженной научной литературе новых слоев сложности. Но мы ожидаем иного: исследования проблемы рака дадут совершенно новый тип науки, чем тот, к которому мы привыкли за последние двадцать пять лет».

Вайнберг и Ханахан предсказывали, что достижения онкологической науки позволят создать новый тип онкологической медицины: «С ясным пониманием механизмов рака прогнозы и лечение станут рациональной наукой, невероятной для нынешних врачей и ученых». Долгие десятилетия блуждая во тьме, исследователи наконец достигли прозрения в понимании рака. Задача медицины теперь состояла в том, чтобы продолжить странствие к новым терапевтическим подходам.