Ото Варбург и приносът му в изследването на рака

От 1926г. до 1970г.

Преди почти 100 години Ото Варбург открива ефекта, който носи неговото име и е неразривно свързан с него. Той наблюдава по какъв начин туморните клетки произвеждат енергията, от която се нуждаят, и така разкрива една фундаментална истина, стояща все още в основата на голяма част от начина, по който разбираме и лекуваме рака.

"Ефектът на Варбург", като идея, заедно с подкрепящите я метаболитни наблюдения, продължава да стои в началото на всеки напредък, който се постига в изследванията на раковите заболявания.

Откритието на Варбург

В своя статия Ото Варбург изказва становището си, че раковите клетки не са обикновени, нормални клетки, които се делят бързо. Те са тотално различни от нормалните, от които произлизат, дори тяхната вътреклетъчна физиология е друга. Ученият започва да тества и проверява теорията си през 1926 г. Тя гласи, че тъй като туморните клетки нарастват по-бързо от нормалните, те трябва да консумират повече кислород от нормалните. Варбург вече е наблюдавал подобно поведение от страна на раковите клетки при изследване на яйцеклетки на морски таралежи още през 1906 г. Обаче срезовете от чернодробна тъкан на плъх показват, че консумацията на кислород не се увеличава, а нараства производството на млечна киселина. Нормалните клетки също произвеждат такава киселина, но само в анаеробни условия, докато при туморните клетки количеството е 70 пъти по-високо.

Варбург вярва, че ракът се причинява от химикали, които нанасят вреди на способността на клетката да диша и нарушават функцията й да извършва окислително фосфорилиране. Заради тази своя убеденост ученият до края на живота си не допуска до трапезата му да се доближи храна, която е третирана с пестициди или други химикали. Купува земя, върху която отглежда всичко, което консумира, ползва мляко от нетретирани с химикали животни и яде хляб, приготвен от брашно, смляно при мелничари, за които знае, че не ползват зърно с пестициди.

По това време науката все още е много далеч от разгадаване генетиката на рака, а молекулярната биология ще се появи десетилетия след това. Въпреки това изследванията и тезите на Варбург са донякъде приети, щом през 1927 г. Нобеловият комитет обмисля да му връчи наградата за медицина, но това се случва чак през 1931 г., когато я получава за откриването на ключов респираторен ензим, протеин, който предизвиква реакция, нужна на клетките да използват кислород. В началото на миналия век работата му не изяснява каква е причината за "ефекта на Варбург", дали сама по себе си е причинно-следствена или е просто интересно наблюдение. Малко след Втората световна война изследванията на учения не са на дневен ред и са почти забравени. През следващите десетилетия се смята, че ракът е болест, причинявана от мутирали гени. Откритията на Варбург са сведени до прости ензими, които са необходими, за да остане клетката жива, но без значение в областта на изследването на рака.

>>> Как полуевреинът Ото Варбург оцелява като учен в нацистка Германия

Възраждане на теорията на Варбург

В края на 20 в. изследователите започват да преоткриват значението на работата на Ото Варбург и неговата статия от 1956 г. "За произхода на раковите клетки". През 1997 г. Чи Ван Данг, докато работи в "Джон Хопкинс", наблюдава влиянието на регулаторния ген - причинител на рак - MYC, върху клетките. Данг забелязва, че MYC директно се насочва към ензим, който може да включи "ефекта на Варбург". Той, както и други учени, стигат до заключението, че туморните клетки са пристрастени към хранителните вещества и за разлика от нормалните клетки не притежават способността да "се известяват", когато ресурсите им намаляват или липсват. Без техния източник на енергия раковите клетки могат да умрат.

Данг започва да проучва по-подробно работата на Варбург и да свързва изследванията си с проучванията на германеца относно ензимите и ролята, която клетъчният метаболизъм може да има при възникването на рак.

Признаването на важната роля на метаболизма кара учените по-добре да обмислят влиянието, което има повишената консумация на глюкоза и аминокиселини по отношение на нарастващите тумори.
През 2006 г. Фил Ледър и екип установяват, че инхибирането на аеробната гликолиза в раковите клетки води до компенсиращо увеличение на консумацията на кислород и до митохондриално окислително фосфорилиране по кислород-зависим начин. Туморните клетки притежават способността да "дишат" нормално, но предпочитат да използват аеробната гликолиза, която има по-нисък добив на аденозин трифосфат (ATP), но го произвежда много по-бързо. Това от своя страна им позволява да растат и да се размножават по-бързо.

Учените установяват и друго основополагащо за разбирането на рака - не само метаболизмът на глюкозата, но и цялата метаболитна програма на туморните клетки е различна. Те трябва да синтезират протеини, нуклеинови киселини и много други клетъчни съставки с изключителна бързина в сравнение с нормалните здрави клетки, за да поддържат главоломната си скорост на клетъчен растеж и делене.

Днес знаем, че основната причина за възникването на злокачествено заболяване са промените в поведението и мутациите в нормална клетка под въздействието на клетъчен стрес. Рискът от появата на рак нараства вследствие хроничен клетъчен стрес, причинен от липсата на кислород и ключови хранителни вещества, както и излагане на клетките на излишна киселинност и канцерогени.

Статията е част от историята на:

• История на Ото Варбург