Saya mengepalai kerusi itu apabila Ferrari terhenti tiba-tiba di persimpangan, kemudian purrs tidak sabar sehingga perubahan cahaya. Apabila ia dimatikan, bunyi gemuruh terasa sangat mewah untuk jalan-jalan yang tenang di pinggir bandar Columbus, Ohio.
Kandungan Terkait
- A Triumph dalam Perang Melawan Kanser
- Terapi Gen dalam Cahaya Baru
- The 'Yahudi Rahsia' Lembah San Luis
Pemandu itu ialah Carlo Croce, seorang saintis Itali berusia 64 tahun dengan suara besar, rambut keriting yang kusut dan mata gelap ekspresif. Beliau mengetuai Program Genetik Genetik Manusia di Ohio State University, dan peraknya Scaglietti Ferrari adalah simbol yang sesuai untuk pendekatan sains: grand, berkuasa tinggi dan, hari ini terutama, panas panas.
Croce, yang dibesarkan di Rom sebagai anak tunggal seorang bapa jurutera mekanikal dan seorang ibu rumah tangga, pergi ke sekolah perubatan di University of Rome dan datang ke Amerika Syarikat pada tahun 1970 untuk mengkaji kanser. "Saya fikir ia adalah tempat untuk bekerja dalam sains, " katanya. Croce adalah salah seorang saintis pertama yang membuktikan bahawa kanser-pertumbuhan sel-sel sel yang biasanya dipegang pada pemeriksaan-boleh disebabkan oleh perubahan genetik. Dia telah mengenal pasti perubahan gen tertentu yang dikaitkan dengan kanser paru-paru dan esofagus serta dengan pelbagai jenis limfoma dan leukemia.
Rakan-rakan mengatakan Croce mempunyai naluri ilmiah yang luar biasa. "Jika anda menyebarkan lima perkara di hadapannya, dia boleh memilih secara tidak sengaja memilih yang akan berfungsi, " kata Webster Cavenee, pengarah Institut Penyelidikan Kanser Ludwig di San Diego. "Dia boleh mencium sesuatu yang menarik, dan dia hampir tidak pernah salah."
Ia adalah beberapa tahun yang lalu bahawa Croce mula menghidu salah satu penemuan paling mengejutkan dan paling menjanjikan dalam penyelidikan kanser. Penemuan itu menempatkannya dan kolaboratorinya di pinggir lapangan yang kini berkembang pesat yang menjanjikan teknik yang lebih baik untuk mendiagnosis penyakit dan, mereka berharap, rawatan baru yang lebih berkesan. Malah, kerja terbaru Croce adalah sebahagian daripada cara baru untuk melihat gen dan bagaimana kehidupan mengawal dirinya. Yang membuat semua yang lebih luar biasa hakikat bahawa wawasannya hanya datang selepas dia dan rakan sekerjanya berlumba-lumba dengan kelajuan tinggi menjadi buntu.
Salah satu kemuliaan sains abad ke-20 adalah penemuan struktur DNA genetik 1953; ia adalah polimer seperti tangga panjang yang dipintal ke dalam helix berganda. Setiap anak tangga adalah rantai sebatian kimia, yang disebut pangkalan, dan urutannya yang tepat mengodkan arahan gen, seperti huruf dalam satu perkataan. Selama beberapa dekad, gunung bukti makmal menyebabkan saintis membuat dua asumsi dasar mengenai gen.
Pertama, gen agak besar, biasanya terdiri daripada puluhan ribu pangkalan kimia berturut-turut.
Kedua, tugas utama gen tertentu adalah memerintahkan sel-sel untuk membuat protein yang sesuai. Protein adalah molekul yang besar dan kompleks yang melakukan fungsi tertentu bergantung pada bagaimana ia dibuat: ia boleh menjadi sebahagian daripada serat otot atau enzim yang mencerna makanan atau hormon yang mengawal fisiologi, di antara banyak perkara lain.
Sudah tentu Croce memegang anggapan ini apabila, pada awal tahun 1990-an, beliau menetapkan untuk mengenal pasti gen yang terlibat dalam leukemia limfositik kronik, atau CLL. Kanser darah mengisi sumsum tulang dan kelenjar getah bening dengan sel-sel kanser yang menghidupkan sel-sel yang sihat sistem imun, meninggalkan tubuh yang kurang dapat melawan jangkitan. Croce telah menganalisis sel-sel kanser daripada orang-orang dengan CLL dan mendapati bahawa ramai yang kehilangan segmen DNA yang sama. Di suatu tempat di segmen itu, ia beralasan, adalah gen yang penting untuk mencegah sel-sel darah putih menjadi kanser.
Selama hampir tujuh tahun, Croce dan rakan-rakannya terus menerus menyentuh beberapa bit DNA suspek yang lama, dengan sungguh-sungguh menentukan urutan genetiknya, berdasarkan pangkalan. Mereka juga melakukan banyak eksperimen menguji sama ada gen boleh menyebabkan CLL.
Mereka menyerang. "Kami mencirikan setiap gen yang berdarah dalam DNA itu dan tidak ada gen itu" yang dikaitkan dengan CLL, menceritakan semula Croce. "Saya sangat kecewa." Begitu juga pelajar dan kolaboratornya. "Oh, saya membakar kehidupan beberapa orang, " tambah Croce. Seorang penyelidik berhenti dari sains sama sekali untuk mendapatkan ijazah dalam pentadbiran perniagaan.
Pada tahun 2001, Croce mengupah George Calin, ahli gastroenterologi Romania, untuk mengambil projek itu semua orang telah membenci. "Dia tidak ada yang lebih teruk dalam makmal, " kata Calin.
"Lihat, " kata Croce kepada Calin, "gen itu perlu berada di sana."
Pada masa yang sama, pemahaman baru mengenai genetik mula beredar. Cukup aneh, ia telah difasilitasi oleh cacing mutan yang tidak dapat bertelur. Haiwan itu bertemu dengan nasib yang mengerikan: beratus-ratus telur menetas di dalam tubuhnya, menyebabkannya meletup. Victor Ambros, ahli biologi perkembangan kemudian di Harvard (kini di Sekolah Perubatan Universiti Massachusetts), sedang mengkaji mutasi yang bertanggungjawab terhadap kecacatan genetik cacing itu. Cacing itu, Caenorhabditis elegans, adalah makhluk mikroskopik yang ahli genetik suka belajar kerana mudah tumbuh-ia makan bakteria umum-dan telus, sehingga semua 900 atau lebih sel-selnya dapat diperhatikan ketika mereka berkembang. Yang mengejutkan, ketika Ambros mencari gen yang bermutasi, bahagian yang sepertinya sepatutnya menjadi terlalu kecil untuk mengandung gen biasa. "Ia menjadi kurang dan kurang jelas bahawa sekeping DNA ini dapat menyandikan protein, " katanya. "Ia sangat mengagumkan."
Di seberang Sungai Charles, di Massachusetts General Hospital, ahli biologi molekular bernama Gary Ruvkun sedang mempelajari mutan C. elegans yang berbeza. Ambros dan Ruvkun kedua-duanya mengesyaki bahawa gen Ambros sedang mencari entah bagaimana mengendalikan gen yang telah terbantut di cacing Ruvkun. Bekerja dengan firasat, mereka memutuskan untuk membandingkan kedua-dua gen untuk melihat sama ada mereka menyerupai satu sama lain.
"Kami menghantar e-mel satu sama lain kepada urutan kami dan kami bersetuju untuk memanggil kemudian jika kami melihat apa-apa, " kata Ambro. "Salah seorang daripada kami memanggil yang lain dan saya berkata, 'Gary, awak lihat? Dan dia berkata, ' Ya, saya dapat melihatnya! '" Mereka telah menemui satu perlawanan yang sempurna - satu rangkaian DNA dari urutan pendek genetik Ambros kepada seksyen gen saiz normal Ruvkun.
Gen Ambros adalah benar-benar kecil, hanya 70 asas panjang, tidak 10, 000 asas seperti gen lain. Orang yang tidak dikenali masih, gen itu tidak membuat protein, seperti gen yang lain. Sebaliknya, ia menghasilkan satu lagi jenis bahan genetik, yang kini dikenali sebagai microRNA. Gen-gen tradisional menjadikan RNA juga, molekul yang sama dengan DNA, tetapi RNA adalah jangka pendek, berfungsi sebagai utusan atau perantara semata-mata dalam pembinaan protein. Tetapi microRNA ini adalah produk akhir gen, dan ia bukanlah utusan biasa.
MicroRNA, Ambros dan Ruvkun sedar, bekerja dengan mekanisme yang menarik: ia bertindak seperti jalur kecil Velcro. Kerana gen microRNA dipadankan dengan sebahagian gen tradisional, microRNA tersekat pada RNA yang dihasilkan oleh gen tradisional. Dengan berbuat demikian, ia menyekat gen yang lain daripada menghasilkan protein.
Ia adalah satu penemuan menarik, tetapi kedua-dua saintis berpendapat bahawa ia hanya satu keanehan sehingga, tujuh tahun kemudian pada tahun 2000, seorang penyelidik di makmal Ruvkun, Brenda Reinhart, mendapati gen mikroRNA kedua dalam cacing itu. "Itu memberitahu saya bahawa RNA kecil akan menjadi lebih biasa daripada yang kita harapkan, " kata ahli biologi perkembangan Frank Slack, yang membantu dengan penemuan di makmal Ruvkun dan sekarang di Yale.
Makmal Ruvkun mula mencari gen mikroRNA pada haiwan lain. Apabila ia berlaku, ia adalah masa yang tepat untuk mencari anomali genetik. Pada tahun 2001, para saintis menyiapkan draf keseluruhan turutan DNA manusia, yang dikenali sebagai genom manusia, dan mereka dengan cepat mengurai genom lain, termasuk tetikus, tumbuhan mustard, fly fruit dan parasit malaria. Sesetengah genom menjadi tersedia di pangkalan data Internet, dan Ruvkun mendapati gen mikroRNA yang sama dari cacing C. elegans dalam lalat buah dan manusia. Kemudian dia mendapati gen di moluska, ikan zebra dan spesies lain. Sementara itu, kumpulan Ambros dan lain-lain telah menemui berpuluh-puluh gen mikroRNA tambahan.
Hasilnya menggembirakan-selepas semua, tidak setiap hari gen kelas baru ditemui - tetapi tidak jelas apa peranan gen kecil ini boleh dimainkan dalam kehidupan orang ramai.
Itulah ketika Carlo Croce dan George Calin memutuskan untuk melihat wajah misteri daripada gen leukemia yang hilang. Calin, yang kini ahli biologi molekular di University of Texas MD Anderson Cancer Center, menamakan genRNA genRNA yang diketahui ke dalam komputernya, membandingkannya dengan DNA yang tidak banyak sel kanser pesakit CLL. "Mereka betul-betul ada di sana, " dia teringat: dua gen microRNA duduk tepat di mana gen CLL yang menindas dianggap.
Calin memanggil Croce ke dalam makmal segera: "Dr Croce, ini adalah gen!"
Croce memandang Calin dan berkedip. "S --- !, " Calin teringat dia berkata. "Ini adalah gen!"
Calin dan Croce menguji sampel darah dari pesakit leukemia dan mendapati bahawa 68 peratus mengandungi sedikit atau tidak ada dua mikroRNA, sedangkan sel darah dari orang tanpa kanser mempunyai banyak molekul. Calin dan Croce yakin: kedua-dua gen kecil ini menghasilkan mikroRNA yang menindas kanser.
"Saya terkejut, " kata Croce. "Kami mempunyai dogma bahawa semua gen kanser adalah gen pengekodan protein, " kata Croce. MicroRNA "menjelaskan banyak perkara yang tidak dapat kita jelaskan sebelum ini. Ia mengubah cara kita memandang masalah itu."
Calin dan Croce menerbitkan penemuan mereka pada tahun 2002-pertama kalinya ada yang terlibat dengan mikroRNA dalam penyakit manusia.
Sejak itu, "setiap kanser yang kita lihat, kita mendapati perubahan dalam mikroRNA, " kata Croce. "Mungkin setiap tumor manusia ada perubahan dalam mikroRNA."
Croce tinggal di sebuah rumah mewah di pinggir bandar Columbus Upper Arlington. Perangkap mel tersebar di meja dapur ketika kami tiba. Croce telah pergi dari rumah selama berminggu-minggu, menghadiri persidangan dan memberi ceramah di Institut Kesihatan Nasional di Bethesda, Maryland, Akademi Sains Kebangsaan di Washington, DC, mesyuarat kanser di San Diego, Johns Hopkins University di Baltimore dan tiga mesyuarat di Itali. Rumah itu terasa kosong dan tidak digunakan.
"Pada asasnya, ia hanya untuk tidur, " kata anak Croce, Roberto, 29, kemudian berkata mengenai rumah ayahnya. "Dia kebanyakannya hanya memarkir hartanya di sana, jika dia berada di bandar, dia sedang bekerja, atau dia bersandar dengan saya." Roberto sedang berusaha ke arah PhD dalam bidang ekonomi di Ohio State. (Carlo, yang tidak pernah berkahwin, juga mempunyai anak perempuan berusia 12 tahun yang tinggal di Buenos Aires.)
Di dalam rumah, seni, bukan sains, mengambil peringkat tengah. Croce memiliki lebih daripada 400 lukisan oleh tuan-tuan Itali abad ke-16 hingga ke-18. Dia membina siling berukuran 5, 000 kaki persegi-21-kaki dan semua-untuk memaparkan beberapa lukisan terbesar.
Croce berkata dia membeli lukisan pertamanya ketika berusia 12 tahun, dengan harga $ 100. Dia suka membeli lukisan apabila dia mempunyai kecurigaan tentang siapa artis itu tetapi tidak pasti. "Saya tidak pernah bertanya kepada seseorang, " katanya. "Saya hanya membelinya dan kemudian saya mungkin salah atau saya mungkin betul." Dia membeli satu lukisan untuk $ 11, 500 dari sebuah galeri di Naples. Dia menganggap ia mungkin oleh seorang pelukis Baroque bernama Bartolomeo Schedoni. "Saya membuat gambar selepas ia dipulihkan, dan dihantar kepada pakar Schedoni. Dia berkata, 'Oh ya, itulah Schedoni." Lukisan itu, kata Croce, mungkin bernilai 100 kali apa yang dia bayar untuknya.
"Pengumpulan seninya mempunyai bengkok eksperimen yang sama dengan sainsnya, " kata Peter Vogt, seorang penyelidik kanser di Institut Penyelidikan Scripps di La Jolla dan kawan Croce.
Selama bertahun-tahun, Croce telah mematenkan beberapa penemuan dan mengasaskan tiga syarikat. Makmalnya di Ohio State terletak di dua tingkat teratas bangunan sepuluh tingkat. Dengan kakitangan kira-kira 50 orang, makmal mempunyai anggaran sekitar $ 5 juta setahun, yang setanding dengan syarikat bioteknologi kecil. Pembiayaannya berasal dari geran persekutuan dan swasta.
"Ada banyak orang yang mengatakan bahawa dia benar-benar berjaya kerana dia mempunyai sumber yang besar, saya fikir ia adalah sebaliknya, saya fikir ia mempunyai sumber yang banyak kerana dia berjaya, " kata Cavenee.
Sebaik sahaja Croce disyaki sambungan antara mikroRNA dan kanser, dia mula bertanya: Adakah sel-sel kanser mempunyai jumlah mikroRNA yang berbeza daripada sel-sel normal? Adakah beberapa mikroRNA lebih biasa daripada yang lain dalam jenis kanser tertentu? "Dia benar-benar orang pertama yang membuat lompatan itu, " kata Slack mengenai pertaruhan awal Croce di microRNAs. "Ia memerlukan seseorang dengan visi dan wang Carlos untuk benar-benar memindahkan lapangan ke hadapan."
Pada tahun 2003, Croce merekrut Chang-Gong Liu, seorang pemaju microchip di Motorola, untuk merancang alat yang boleh menguji kehadiran mikroRNA dalam sampel sel atau tisu. Menggunakan alat ini, yang dipanggil microarray, makmal Croce telah menemui mikroRNA yang kelihatan unik untuk beberapa jenis kanser. Untuk 3-5 peratus pesakit yang kansernya telah metastasized, atau tersebar, dari sumber yang tidak diketahui di dalam badan, implikasi penemuan ini sangat besar. Kerana mengetahui di mana kanser bermula merupakan kunci kepada rawatan tumor yang optimum yang timbul dalam tisu-tisu yang berbeza bertindak balas kepada pendekatan yang berbeza-mikroRNA mungkin dapat membantu ahli onkologi menetapkan rawatan terbaik untuk pesakit tersebut.
MicroRNAs juga boleh menganggarkan keterukan kanser. Croce dan kolaboratornya mendapati bahawa tahap dua mikroRNA yang dipanggil Let-7 dan mir-155-dijangka bertahan dalam pesakit kanser paru-paru. Kumpulan Croce juga mendapati mikroRNA yang meramalkan sama ada CLL pesakit akan menjadi agresif atau tetap ringan. Di masa depan, profil mikroRNA pesakit mungkin menunjukkan sama ada dia harus menjalani rawatan yang agresif dan berisiko atau lebih ringan, lebih selamat.
Kini, penyelidik telah mengenal pasti kira-kira 40 gen genRNA yang dikaitkan dengan kanser, termasuk paras payudara, paru-paru, pankreas dan kolon. Seperti gen konvensional yang menghasilkan protein, gen microRNA juga boleh menjadi penyokong kanser, menyebabkan penyakit ini jika menghasilkan terlalu banyak mikroRNA. Atau mereka boleh menjadi penekan kanser; jika mereka rosak atau hilang, barah berlaku. Lebih-lebih lagi, para saintis mula memahami bagaimana mikroRNA berinteraksi dengan gen kanser tradisional, mendedahkan rangkaian sambungan yang rumit yang seolah-olah berlaku di dalam sel ketika penyakit itu mengambil alih.
Harapan terbesar Croce ialah bahawa mikroRNA mungkin satu hari digunakan sebagai terapi. "Saya yakin, benar-benar yakin, " katanya, "bahawa mikroRNA akan menjadi ubat." Dalam beberapa eksperimen baru-baru ini, dia dan rakannya telah menyuntikkan mikroRNA ke dalam tikus dengan leukemia atau kanser paru-paru. Suntikan, katanya, menghentikan pertumbuhan kanser.
"Bukti itu sangat kuat sekarang" bahawa mikroRNA memainkan peranan penting dalam kanser, "kata Slack, " dan semakin kuat dan kuat setiap hari. "
Kanser bukan satu-satunya penyakit di mana mikroRNA muncul sebagai pemain penting. Kajian sekarang menunjukkan bahawa gen kecil ini terlibat dalam fungsi sistem imun, penyakit jantung, skizofrenia, penyakit Alzheimer dan sindrom Tourette. Selain itu, terdapat senarai panjang penyakit yang kelihatannya mempunyai asas genetik, tetapi yang tidak dikenal pasti gen konvensional. Thomas Gingeras, seorang penyelidik genom di Cold Spring Harbour Laboratory di New York, percaya beberapa penyakit ini akhirnya akan dikaitkan dengan mikroRNA. "Saya fikir ia pasti akan berlaku, " katanya.
Mungkin itu kerana molekul-molekul kecil memberikan banyak pengaruh ke atas seluruh tubuh. Para saintis menganggarkan bahawa manusia mempunyai sekitar 1, 000 gen microRNA, yang kelihatannya mengawal aktiviti sekurang-kurangnya seperempat daripada 25, 000 gen pengkodan protein. "Kami terkejut dengan jumlah itu dan percaya ia adalah minimum, " kata Phillip Sharp, pengarang Nobel dari MIT, di mana mikroRNA makmalnya dipelajari.
Tidak hairanlah, bahawa sesetengah saintis menyatakan rasa malu dan penyesalan bahawa mereka gagal mencari gen genRNA terlebih dahulu-terutamanya kerana mereka tidak mencabar anggapan asas tentang gen.
"Ia bukan isu teknologi, " kata Joshua Mendell, seorang penyelidik mikroRNA di Johns Hopkins. "Teknologi yang diperlukan untuk mengkaji mikroRNA tidak berbeza dengan teknologi yang digunakan untuk beberapa dekad yang lalu, " katanya. "Ia lebih merupakan penghalang intelektual."
Malah Croce, untuk semua kejayaannya, menyesal bahawa dia tidak mengiktiraf mikroRNA lebih awal. Pada akhir tahun 1980-an, pasukannya sedang mengejar gen kanser dalam bentuk DNA yang tidak mengandungi sebarang kod protein. "Jadi kami menyusun projek itu, " kata Croce. Sekarang dia tahu bahawa gen itu adalah mikroRNA. "Bias, " katanya, "adalah perkara yang buruk dan buruk."
Sylvia Pagán Westphal adalah seorang penulis yang tinggal di Boston yang mengkhususkan diri dalam meliputi genetik, biologi dan perubatan.
"Kami mengubah dogma" mengenai apa yang dipercayai saintis mengenai DNA manusia, kata penyelidik George Calin (di University of Texas Lab). Tetapi kerja terobosannya dengan Croce bermula dengan teruk. Terdapat "tidak lebih buruk, " dia bercanda. (Robert Seale) 
Kebijaksanaan konvensional memegang bahawa hanya sebahagian besar DNA boleh berfungsi sebagai gen. Penemuan entiti genetik yang terabaikan meninggikan pandangan itu. Croce "terkejut." (Greg Ruffing / Redux) 
Ahli biologi molekul Gary Ruvkun. (Jared Leeds) 
Ahli biologi pembangunan Victor Ambros. (Jared Leeds) 
Semasa mengkaji mutan cacing mikroskopik, Gary Ruvkun dan Victor Ambros mengenal pasti gen yang mustahil kecil. "Kami teruja mencari sesuatu yang baru, " kata Ambros, "dan kemudian kami hairan." (Photo Researchers, Inc.) 
Terima kasih kepada kajian baru-baru ini, jelas bahawa mikroRNAs membantu membuat beberapa sel-sel malignan (sel-sel leukemia dalam merah jambu di tengah-tengah sel darah merah yang sihat). Kini para penyelidik berharap dapat menggunakan bahan genetik untuk memperbaiki diagnosis dan rawatan kanser. (© 2009 Rektor dan Pelawat Universiti Virginia) 
Croce (di rumah di Ohio) suka membeli kanvas sebelum dia tahu siapa yang dicat mereka. "Pengumpulan seninya mempunyai bengkok eksperimen yang sama dengan sainsnya, " kata seorang rakan sekerja. (Greg Ruffing / Redux) 
MicroRNA di Tempat Kerja : Gen khas adalah hamparan panjang DNA, dengan asas kimia sebagai batang dalam heliks ganda; kod gen untuk RNS messenger yang mengarahkan pembinaan protein yang ditetapkan. Satu kod microRNA gen untuk RNA yang besar yang boleh melekat pada sebahagian RNA messenger, mematikan pemasangan protein. (5W Infographics)
