Jak niechcący zostać nieśmiertelnym? Historia komórek HeLa

04-03-2016
Była sobie na tym świecie jedna osoba, o której można powiedzieć, że… tak właściwie nabyła nieśmiertelność. Żyje sobie do dziś rozproszona w tysiącach miejsc na całym świecie, a w ciągu ostatnich sześćdziesięciu lat naukowcy wyprodukowali jej już… ponad 20 ton. A co lepsze – do wszystkich tych wydarzeń doszło bez jej wiedzy i zgody. Postać o której mowa, nie miała pojęcia, że jej własne komórki staną się bazą pod tysiące skomercjalizowanych patentów, przyczynią się do co najmniej dwóch gigantycznych przełomów w nauce i pomogą wprowadzić na rynek szczepionki przeciw polio. O kim mowa? O pani ze zdjęcia poniżej, Henriettcie Lacks. Kobiecie, która przez przypadek stała się dawczynią linii komórek oznaczanych jako HeLa – do dzisiaj najpowszechniej stosowanych w hodowli komórek ludzkich na całym świecie. 

Henrietta-Lacks2-620x390

 

Dawno, dawno temu…

Henrietta Lacks przyszła na świat w 1920 roku w USA. Była jedną z dziesiątki rodzeństwa, została absolwentką sześciu lub siedmiu klas szkoły podstawowej, matką pięciorga dzieci, prostolinijną kobietą z niezbyt zamożnej rodziny, najprawdopodobniej regularnie zdradzaną przez swojego męża i borykającą się z problemami codziennego życia. Jej prawdziwe imię było inne, jednak jakoś tak wyszło, że wszyscy nazywali ją Henriettą. Po urodzeniu piątego dziecka zgłosiła się do lekarza, uskarżając na niepokojące krwawienia z pochwy oraz wyczuwalne zgrubienie w podbrzuszu. Lekarz faktycznie wypatrzył narośl i przyznał, że nigdy wcześniej w swojej karierze nie widział czegoś podobnego – twardego, łatwo krwawiącego zgrubienia w kolorze winogronowej galaretki. Diagnoza nie była trudna. Rak szyjki macicy.

Ciekawostka!

Historia medyczna Henrietty Lacks sugeruje, że niezbyt chętnie oddawała się ona w ręce służby zdrowia. W jej karcie pojawiały się między innymi zapiski o zaprzestaniu terapii bezobjawowej kiły układu nerwowego (Henrietta utrzymywała, że leczenie nie jest już potrzebne, skoro czuje się dobrze), niezgłoszenia się na leczenie rzeżączki, odmowy diagnostyki w kierunku anemii sierpowatej, pięcioletniego znoszenia bólu zęba, czy odmowy przeprowadzenia zabiegu chirurgicznego mającego zniwelować skrzywienie przegrody nosowej, przez które to Henrietta od dzieciństwa zmagała się z trudnościami w oddychaniu. Kilka tygodni przed tym, jak Henrietta Lacks udała się do lekarza, by skonsultować się w sprawie bolesnego zgrubienia w podbrzuszu, zidentyfikowano w jej macicy komórki dysplastyczne i zalecono dalszą diagnostykę. Henrietta odwołała jednak wszystkie wizyty. 

Henriettę zakwalifikowano wkrótce do popularnej wtedy curieterapii, która polegała na umieszczeniu w pobliżu zmiany nowotworowej fiolki z radem. Lekarz wykonujący zabieg, zanim przystąpił do rzeczy, nie pytając Henrietty o zgodę, ani nie informując jej o swoich zamiarach (choć tak właściwie nie musiał tego robić), pobrał od pacjentki dwa kawałki tkanki – jeden z nowotworu, a drugi ze zdrowej części szyjki macicy. Obydwa wysłane zostały do George’a Gey’a – naukowca, który (wtedy jeszcze bezskutecznie) próbował założyć trwałą hodowlę komórek ludzkich. 

Dlaczego hodowanie ludzkich komórek okazało się tak trudne?

Komórki ludzkie są zdolne tylko do ograniczonej liczby podziałów. Liczbę tę nazywa się granicą Hayflicka i szacuje się, że przeciętnie wynosi ona w naszym ciele około 40-60. Oznacza to, że przeciętna komórka naszego organizmu może podzielić się jakieś 50 razy zanim umrze. Dlaczego tak jest, wyjaśnimy sobie za chwilę. Póki co ważne jest to, że w latach 50. obejście limitu Hayflicka było właściwie niemożliwe, a komórki ludzkie w ogóle nie dawały się hodować in vitro.

Nieudane próby założenia hodowli komórek ludzkich. Schemat.

Nieudana próba założenia hodowli komórek ludzkich. Schemat.

W związku z brakiem stabilnych hodowli komórkowych, badanie wszelkich chorób, opracowywanie nowych terapii, czy przeprowadzanie eksperymentów, dzięki którym wiadomo byłoby, jak komórki człowieka reagują na przeróżne substancje, było po prostu niemożliwe. Na gwałt szukano więc sposobu na to, by zmusić komórki do poddania się hodowli. 

 

I wtedy pojawiła się HeLa

W laboratorium George’a Gey’a, który otrzymał próbki, bardzo szybko zorientowano się, że komórki oznaczone odtąd jako HeLa (od pierwszych liter imienia i nazwiska Henrietty Lacks) dzielą się jak szalone. Zarastają wszystkie szalki i probówki w niesamowitym tempie, a jedynym, co jest w stanie im w tym przeszkodzić, jest stężenie własnych szkodliwych metabolitów. Co zrobił George Gey, mając prawdopodobnie świadomość, jak przełomowego odkrycia właśnie dokonał? Rozesłał komórki do wszelkich zaprzyjaźnionych laboratoriów na całym świecie, by badania na linii HeLa mogły być prowadzone w jak największej liczbie ośrodków naukowych. Komórki Henrietty wkrótce znalazły się więc w Europie, Azji oraz Południowej Ameryce.

Sama Henrietta w międzyczasie poczuła się lepiej. Terapię radem uznano za skuteczną, jednak kilka miesięcy później stan kobiety zaczął się na nowo pogarszać. Na terenie całego organizmu pojawiały się przerzuty nowotworowe, z którymi medycy nie byli w stanie sobie poradzić. Henrietta Lacks zmarła ostatecznie w październiku 1951 roku, mając zaledwie 31 lat.

Henrietta zmarła, HeLa miały się świetnie

Komórki HeLa w dalszym ciągu nie przestawały się dzielić. Okrywano coraz to nowsze sposoby ich hodowli, aż w końcu opracowano metody tak proste, że w gazetach drukowano artykuły z cyklu Komórki HeLa – zrób to sam!, w których tłumaczono, w jaki sposób można kupić je za kilka dolarów i hodować u siebie w domu.

W dwa lata po śmierci kobiety, komórki linii HeLa wykorzystane zostały do testowania i wyprodukowania pierwszej szczepionki przeciw polio i sprawiły, że liczba stwierdzonych infekcji wirusem w USA spadła z ponad trzydziestu do pięciu tysięcy i niespełna dwustu przypadków w kolejnych latach. Rok później zostały – jako pierwsze komórki ludzkie na świecie – sklonowane, a do dzisiaj wykorzystywane są we wszelkiego rodzaju badaniach biomedycznych. Pozwoliły nauce zgłębić wiedzę na temat nowotworów, działania wirusów (w tym także HIV), układu odpornościowego, czy sposobów zamrażania komórek, tak aby zatrzymywać je w określonych stadiach cyklu komórkowego, co miało kolosalny wpływ na późniejsze badania.

1200px-HeLa-II

Gdyby nie HeLa, prawdopodobnie nie udałoby nam się tak szybko sklonować owieczki Dolly, wytworzyć myszo-ludzkich hybryd, czy policzyć chromosomów, a cała genetyka, zamiast być jedną z najprężniej rozwijających się dziedzin nauk biologicznych, leżałaby i kwiczała. Obecnie na świecie zarejestrowanych jest około 11 tysięcy patentów związanych z badaniami na HeLa. Komórki te odbyły nawet podróż w kosmos i były tam z powodzeniem namnażane (ba! okazało się, że pobyt na orbicie nadawał im zdolność do jeszcze szybszego wzrostu). 

Dlaczego HeLa nie umiera?

Co zabawne, mimo tak wielkiego rozprzestrzenienia komórek HeLa oraz gigantycznej ilości przeprowadzanych na nich badań, przez wiele lat po śmierci Henrietty Lacks, tajemnicą pozostawało, co tak właściwie było przyczyną jej raka. Dopiero ponad trzydzieści lat później zorientowano się, że Henrietta była zainfekowana wirusem brodawczaka ludzkiego – HPV-18. Dziś wiemy także, że w komórkach HeLa aktywny pozostaje enzym zwany telomerazą, który to zapewnia im nieśmiertelność. Dlaczego?

Chromosomy, telomery i starość

Pamiętacie, co pisałam na początku wpisu o granicy Hayflicka? Skąd w ogóle bierze się taka dziwna liczba i dlaczego komórki mogą dzielić się jedynie kilkadziesiąt razy? Odpowiedź na te pytania tkwi w telomerach – fragmentach DNA znajdujących się na końcach każdego z chromosomów. Telomery nie kodują żadnej informacji genetycznej, a matka natura wymyśliła je, by poradzić sobie z pewną zagwozdką. Otóż sprawa jest taka, że przy każdym podziale komórki nasze chromosomy troszeczkę się skracają. Gdyby nie fakt, że są z każdej strony otulone telomerami, każdy podział komórki mógłby prowadzić do utraty genów. Dzięki telomerom zamiast ważnych, kodujących fragmentów chromosomów, przy podziale tracony jest jedynie nic nie znaczący kawałek DNA.

Plik_000 (1)

Skrócenie telomerów podczas podziału komórki. Schemat.

Telomery nie są jednak nieskończenie długie, a gdy zostaną już całkowicie utracone komórka staje przed wyborem: dzielić się dalej i podejmować ryzyko, że bezpowrotnie utracone zostaną niektóre geny, czy też może po prostu umrzeć i nie sprawiać kłopotów. Naturalnie, wybiera to drugie.

Komórkom HeLa (tak jak wielu innym nowotworom) udaje się obejść to telomerowe zabezpieczenie w bardzo prosty sposób. Produkują one wspomnianą wcześniej telomerazę, która to nieustannie odbudowuje skracające się telomery i doprowadza do sytuacji, w której komórka nigdy nie musi stanąć przed wyborem: dzielić się, czy umrzeć? Może dzielić się bez końca, tak długo, jak aktywna jest telomeraza, ponieważ telomery przez cały czas ochraniają jej chromosomy.

Te dwie kuleczki w środku zdjęcia to dzielące się komórki HeLa

Te dwie kuleczki w środku zdjęcia to dzielące się komórki HeLa

Obecnie wiadomo także, że genom komórek HeLa odbiega od tego, który obecny był w zdrowych komórkach ciała Henrietty Lacks. Rozważania na ten temat doprowadziły nawet jednego naukowca, Leigha Van Valena, do zapostulowania, by zakwalifikować komórki HeLa jako odrębny gatunek, Helacyton gartleri i koncepcja ta wcale nie jest aż tak szalona, jak się wydaje. Komórki HeLa ewoluują tak naprawdę w zupełnym oderwaniu od Homo sapiens, a na dodatek robią to o wiele szybciej. Mają bardzo niestabilny kariotyp, szybko mutują, nieustannie tworząc zupełnie nowe linie i mając ostatecznie coraz mniej wspólnego z wyjściową tkanką pobraną od Henrietty. Nie spełniają jednak podstawowego wymogu, jakim cechować musi się każdy odrębny gatunek – nie mogą się ze sobą krzyżować. W związku z tym propozycja Van Valena nie jest ani brana na serio, ani też dyskredytowana.

A dzisiaj?

Obecnie komórki HeLa są wciąż najpowszechniej wykorzystywanymi komórkami w laboratoriach na całym świecie. Na ich temat ukazały się dziesiątki tysięcy prac naukowych i nic nie zapowiada, by w najbliższym czasie liczba ta miała przestać wzrastać. HeLa dzielą się w najlepsze, łatwo zakażając inne hodowle i – poza oczywistymi korzyściami – przynosząc także gigantyczne straty finansowe. Rodzina Henrietty Lacks – całkiem słusznie – wielokrotnie wchodziła w spory (także sądowe) z naukowcami, doprowadzając między innymi do utajnienia zsekwencjonowanego genomu Henrietty – obecnie dostęp do niego można uzyskać tylko udowadniając, że jest to uzasadnione i absolutnie niezbędne dla prowadzonych przez siebie badań.

Henrietta Lacks, przez zupełny przypadek, stała się nie tylko quasi-nieśmiertelna, ale też przede wszystkim na zawsze odmieniła oblicze współczesnej nauki, a co za tym idzie, także moje i twoje losy. Wypadałoby jej za to podziękować.

Dzięki, Henrietto!

Buzi!