Теперь рассмотрим сеть, которая решает, представляет ли клетка угрозу развития рака, уже по двум критериям: скорости пролиферации клетки и уровню факторов роста, выделяемых соседними клетками. Если клетка быстро делится, а уровень факторов роста в окружающей ее среде низок, то эти два фрагмента данных вместе являются весьма надежным индикатором того, что эта клетка несет в себе риск развития рака. Если клетка быстро делится, однако делает это в ответ на присутствие в своем окружении факторов роста, можно с большой вероятностью утверждать, что ее активная пролиферация несет какую-то полезную для организма функцию, например заживление раны или рост в процессе развития. Анализируя скорость пролиферации и уровень факторов роста по соседству, генетический контур может сделать более точную оценку риска, который клетка представляет для организма, нацелившись строго на те, которые могут стать раковыми.
Использование двух критериев позволяет генным сетям подавления рака принимать более взвешенные решения, а если критериев будет больше, то точность станет еще выше при условии рационального анализа этих фрагментов данных с целью отличия недобросовестных клеток от нормальных. Например, если генная сеть подавления рака будет использовать не только информацию о скорости пролиферации и уровне факторов роста, но и такие дополнительные критерии, как степень повреждения ДНК, скорость обмена веществ в клетке и наличие причин выживания, то точность различия между нормальной клеткой в необычных условиях и раковой клеткой с недобросовестным поведением, увеличится.
Возможно, именно повышенная точность, которую дает совместный анализ нескольких источников информации, и объясняет сложность генетических сетей вокруг генов-супрессоров опухоли, таких как ген TP53, и их связь с генетическими сетями, управляющими клеткой. Эти взаимосвязи позволяют генам-супрессорам следить за всей системой и анализировать информацию по всем аспектам функционирования клетки и ее физиологии. Для увеличения точности принимаемых решений информацию приходится собирать воедино в центральном узле (например, гене TP53) для ее совместного анализа. Если бы данные обрабатывались в отдельных контурах, у клетки были бы установлены отдельные, никак не связанные между собой пороговые значения для скорости пролиферации, поврежденных белков и других критериев определения степени угрозы клетки организму, при превышении которых срабатывал бы «сигнал тревоги». Это бы приносило определенную пользу, однако система обнаружения и подавления рака будет куда более точной при одновременном анализе нескольких факторов, когда, скажем, тревога срабатывает лишь при условии чрезмерно быстрой пролиферации клетки и производства ею поврежденных белков.
Чем сложнее организм, тем больше решений приходится принимать системам регуляции, таким как генная сеть TP53, для его нормальной жизнедеятельности. Чем сложнее структуры регулирования, тем проще найти лазейки и способы обхода установленных правил (наглядным примером тому является налоговый кодекс). Чем больше установлено правил поведения и взаимодействия клеток, тем сложнее должна быть система обнаружения недобросовестных клеток для их максимально точной идентификации. Таким образом, естественный отбор вынуждает многоклеточные организмы максимально эффективно использовать вычислительную мощность генетических сетей для поиска и ликвидации потенциальных раковых клеток, потому что они в ходе своей эволюции постоянно находят новые лазейки в системах подавления рака нашего организма.
И мы снова возвращаемся к загадке гена TP53: почему наша структура обработки данных для обнаружения недобросовестных клеток настолько централизована? Дело в том, что в распределенной системе недобросовестным клеткам было бы намного проще оставаться незамеченными, так как «компрометирующие» их фрагменты информации могли бы оказаться разбросаны по нескольким сетям. В централизованной системе это невозможно, поскольку вся информация проходит через один и тот же узел в нашем случае ген TP53, что помогает отличить безобидную ошибку от явного признака того, что клетка перерождается в раковую. А за счет того, что это решение принимается на основе сразу нескольких критериев, централизованным системам подавления рака не приходится выбирать между ложными срабатываниями и пропусками.
Столь сложный анализ данных в генных сетях говорит о том, что нам следует пересмотреть некоторые фундаментальные предположения об устройстве клеток. Клетки это не тривиальные машины ввода-вывода, а сложные устройства обработки информации, которые собирают множество разных сигналов, по результату анализа которых принимают решение о том, что делать дальше: делиться, чинить ДНК, самоуничтожаться или делать что-то совершенно другое. Эти клетки также умудряются слаженно работать вместе, делясь информацией с соседями и иммунной системой, и все ради того, чтобы держать в узде потенциальные раковые клетки.
НАШ ОРГАНИЗМ СТРОИТСЯ НЕ ТОЛЬКО НА СОТРУДНИЧЕСТВЕ, НО И НА РАЗВЕДКЕ. КАЖДУЮ МИЛЛИСЕКУНДУ КЛЕТКИ ОБРАБАТЫВАЮТ ДАННЫЕ И РЕАГИРУЮТ НА НИХ, ПОДДЕРЖИВАЯ НАШУ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬ И ОБЕРЕГАЯ ОТ РАКА.
Наш организм и составляющие его клетки умнее, чем мы могли бы себе представить они используют целую разведывательную сеть (о существовании которой мы даже не догадываемся) для обнаружения и ликвидации недобросовестных клеток. Эта система начинает работать с момента нашего зачатия и не останавливается на протяжении всей жизни. Без постоянного отслеживания недобросовестных клеток и принятия необходимых мер в случае их обнаружения мы не могли бы нормально развиваться, не говоря уже о том, чтобы дожить до репродуктивного возраста. Многоклеточным организмам необходимы системы обнаружения недобросовестного поведения клеток, чтобы не стать тупиковой ветвью эволюции. Без них наше существование было бы попросту невозможно.
КЛЕТКИ ВЕСЬ НАШ ОРГАНИЗМ ОБРАБАТЫВАЮТ ОГРОМНОЕ КОЛИЧЕСТВО ИНФОРМАЦИИ, ЧТОБЫ УБЕРЕЧЬ НАС ОТ РАКА.
Не только мозг анализирует данные, чтобы помочь нам выживать и размножаться. Этим занимается каждая клетка нашего тела, без остановки контролируя себя и своих соседей, чтобы не допускать недобросовестного поведения и поддерживать порядок в построенном на сотрудничестве многоклеточном сообществе.
Людям остается только завидовать масштабам такого взаимодействия. Конечно, наша цивилизация тоже построена на сотрудничестве без совместной работы в больших группах технический прогресс был бы попросту невозможен. И тем не менее все, чего нам удалось добиться, меркнет на фоне достижений биоинженерии и информационных технологий клеток, которые они демонстрируют ежеминутно на протяжении всей нашей жизни, поддерживая сложнейшее многоклеточное сотрудничество, необходимое для нашего существования. Клетки выстраивают (и постоянно перестраивают) организм путем пролиферации, экспрессии генов и производства белков, из которых состоит как наша физическая инфраструктура клетки и внеклеточный матрикс между ними, так и информационная, обеспечивающая жизнедеятельность.
Людям остается только завидовать масштабам такого взаимодействия. Конечно, наша цивилизация тоже построена на сотрудничестве без совместной работы в больших группах технический прогресс был бы попросту невозможен. И тем не менее все, чего нам удалось добиться, меркнет на фоне достижений биоинженерии и информационных технологий клеток, которые они демонстрируют ежеминутно на протяжении всей нашей жизни, поддерживая сложнейшее многоклеточное сотрудничество, необходимое для нашего существования. Клетки выстраивают (и постоянно перестраивают) организм путем пролиферации, экспрессии генов и производства белков, из которых состоит как наша физическая инфраструктура клетки и внеклеточный матрикс между ними, так и информационная, обеспечивающая жизнедеятельность.
Можно сказать, что клетки обладают своего рода коллективным интеллектом. Подобно колонии муравьев, регулирующей свою температуру или сбор ресурсов путем взаимодействия между отдельными особями, в то время как ни один из них не понимает целей, преследуемых колонией, клетки нашего тела регулируют его температуру и пищевое поведение, не зная о том, какие цели стоят перед всем организмом. Коллективный разум позволяет клеткам добиваться сотрудничества умопомрачительных масштабов. Он лежит и в основе системы обнаружения недобросовестных клеток, и именно ему мы обязаны своим существованием с момента зачатия и на протяжении всей нашей жизни.
4
Рак от утробы до гроба
Мы с раком рождаемся. Мы с раком умираем. Мы с раком живем. Рак является неотъемлемой частью нашей жизни, от утробы до гроба. Даже если нас в конечном счете и убивает другая болезнь, на смертном одре мы практически наверняка оказываемся с микроскопическими раковыми опухолями. Причем многие из нас проживают с раком долгую и счастливую жизнь, даже не догадываясь обо всех присутствующих внутри образованиях.
ТЕ НЕМНОГИЕ СЧАСТЛИВЧИКИ, КОТОРЫХ ОПУХОЛИ ОБОШЛИ СТОРОНОЙ, ВСЕ РАВНО ЯВЛЯЮТСЯ НОСИТЕЛЯМИ РАКОВЫХ МУТАЦИЙ И ПРЕДРАКОВЫХ НОВООБРАЗОВАНИЙ.
Взгляните на кожу на тыльной стороне вашей ладони. Что вы видите? Насколько равномерно она окрашена? Покрыта ли веснушками? Если вы достаточно взрослый, чтобы читать эти строки, то на тыльной стороне вашей ладони наверняка имеются предраковые мутации. Любые веснушки, родинки, бородавки и даже шрамы несут в себе какие-нибудь предраковые мутации (например, мутации в гене-супрессоре рака TP53). Многие клетки с предраковыми мутациями толком даже не выделяются на фоне остальной кожи. При исследовании здоровой кожи, подверженной воздействию солнца (анализировались образцы кожи век, взятые у четырех разных людей), ученые обнаружили, что в этих здоровых на первый взгляд клетках было от двух до шести мутаций на миллион оснований похожая мутационная нагрузка была обнаружена у многих видов рака. Более четверти «нормальных» на вид клеток в этом исследовании несли в себе мутации, способные приводить к развитию рака. И тем не менее все эти клетки продолжали нормально себя вести, добросовестно выполняя функции эпидермиса (внешнего слоя кожи). Единственное, что делало клетки похожими на раковые, наличие мутаций и то, что их популяция увеличивалась в размере. В ходе другого исследования нормальной кожи, подверженной воздействию солнца (были изучены образцы кожи с предплечий семи человек), было обнаружено множество мутаций гена TP53 по оценкам ученых, ежегодно такие мутации появлялись примерно у 0,24 % всех подверженных воздействию солнечных лучей клеток. Это означает, что не хватит пальцев обеих рук, чтобы посчитать, сколько у вас появляется мутаций гена TP53 за те несколько секунд, что вы идете от машины до входа в дом.