Co więcej, jego odkrywca, Otto Heinrich Warburg, uważał, że to właśnie owo komórkowe obżeranie się cukrem i fermentowanie go zamiast powolnego, spokojnego spalania, jest przyczyną nowotworzenia komórek. Za tę rewolucyjną hipotezę otrzymał Warburg Nagrodę Nobla w zakresie fizjologii i medycyny w 1931 roku.

Co kilka tygodni nowy człowiek

Było to jednak na ładne kilkanaście lat przed ostatecznym odkryciem i udokumentowaniem roli DNA w dziedziczeniu. Kiedy to James Watson z Francisem Crickiem oraz oczywiście zapomniana i nienagrodzona Noblem Rosalind Franklin odkryli, jak w istocie jest zbudowany i co robi w komórce kwas deoksyrybonukleinowy (DNA). Dziś już, po półwieczu wyczerpujących i dogłębnych studiów, wiadomo, że to mutacje w DNA leżą u podłoża zarówno nowotworzenia jako takiego, jak i w szczególności efektu Warburga w tym procesie.

Jak to się dzieje? Otóż wszystkie komórki mają genomy zbudowane z DNA. W tym DNA podczas życia owych komórek może dochodzić do nieodwracalnych i nienaprawialnych zmian w owym genomie, tzw. mutacji. Mutacje często nie mają żadnego znaczenia i najczęściej nie mogą doprowadzić do żadnego procesu chorobowego, tym bardziej nowotworu.

Niektóre mutacje są tak szkodliwe, że ich zaistnienie po prostu uśmierci komórkę. Rzadko ma to znaczenie dla organizmu. Statystycznie rzecz bowiem ujmując co kilka tygodni jesteśmy całkiem nowym człowiekiem – wszystkie nasze komórki ulegają wymianie. Oczywiście niektóre długowieczne są z nami całe życie, inne żyją tylko chwilkę i stąd cała ta statystyka. Niemniej takie są fakty.

Pewne jednostkowe zmiany genetyczne mają jednak miejsce w genach odpowiedzialnych za wzrost i dzielenie się komórek, za kontrolę ich rozwoju czyli zmian i dojrzewania w obrębie organizmu. Za to, jak szybko rosną – a więc jak szybko jedzą i oddychają. Kiedy powinny podjąć decyzję o honorowym samobójstwie dla dobra organizmu, czy wreszcie – jak mają sobie radzić z toksycznymi dla DNA substancjami.

Zbuntowany mutant

I wtedy mamy problem. Geny tego typu zwane są często onkogenami (czyli genami, od których zaczynają się nowotwory) bądź supresorami (hamulcowymi) nowotworów. Mutacje w nich, bądź pojawienie się za sprawą tzw. retrowirusów już zmutowanych form owych genów w genomie konkretnej komórki może doprowadzić do jej buntu przeciw organizmowi. Wyłamie się ona spod jego kontroli i zacznie dzielić jak opętana. Na drodze kolejnych mutacji odmówi popełnienia samobójstwa dla ocalenia organizmu. Będzie zdolna schować się przed układem odporności, tym strażnikiem zdolnym zabijać i niszczyć tak intruzów zewnętrznych, jak i wrogów wewnętrznych.

Dzięki następnym mutacjom (a te są coraz częstsze, bo komórki zbuntowane dzielą się coraz szybciej i nie mają czasu naprawiać błędów powstających wtedy w DNA) komórka zbuntowana zdoła zmusić naczynia krwionośne, by zaczęły rosnąć w stronę rozwijającego się nowotworu. W ten sposób krew będzie mu wydajnie dostarczać pożywienie i tlen oraz odprowadzać szkodliwe metabolity.

Wreszcie, zbuntowana komórka na drodze kolejnych mutacji uzyska możliwość odłączenia się od własnej tkanki i podróżowania w organizmie. Osiadania w innych organach.

Tak zacznie dochodzić do przerzutów. Normalne zdrowe komórki ani się nie dzielą bez rozkazu organizmu, ani nie łażą po nim dowolnie. Każda ma swoje miejsce i czas. Komórki nowotworowe nie reagują prawidłowo na sygnały płynące z organizmu albo całkowicie je ignorują. Ich wewnętrzna sygnalizacja jest również poważnie zaburzona.

Oddychamy mitochondriami

Czy wspominałam już, że w każdej komórce DNA znajduje się nie tylko w jej jądrze, ale także w maleńkich, jajowatych strukturach zwanych mitochondriami? Ciałka te to dosłownie bakterie.

Mają zatem własny DNA, mogą więc podlegać mutacjom. Nasz bardzo odległy jednokomórkowy ewolucyjny wspólny przodek, taki z pierwotnego bulionu pokrywającego nisze na naszej stygnącej planecie miliardy lat temu, zjadł je był i nie strawił. Pozwoliły mu one bowiem radzić sobie z najbardziej toksycznym wówczas, a gromadzącym się gwałtownie w atmosferze ziemskiej gazem – tlenem.

Do dziś to właśnie one pozwalają nam spalać komórkowo strawione do glukozy pożywienie w tlenie atmosferycznym dostarczanym komórkom przez krew z płuc. To w nich zatem powstaje dwutlenek węgla, który z kolei musi zostać wyprowadzony.

Podczas nowotworzenia mamy do czynienia z obserwowalnym mikroskopowo procesem przemiany mitochondriów zbuntowanej komórki w jakiś kosmicznie wyglądający konglomerat-labirynt. Robią one wszystko, by nadążyć ze spalaniem dostarczanego w nadmiarze wiecznie głodnym komórkom nowotworowym cukru – glukozy. Ale nawet przy olbrzymiej dostępności tlenu, nie radzą sobie wystarczająco.

Jak bieg bez rozgrzewki

Komórka nowotworowa, by uzyskać choćby trochę energii z obecnego w niej cukru – glukozy, poddaje go fermentacji mlekowej, znacznie mniej wydajnej, niż spalanie w tlenie. I wytwarzającej kwas. Tak, jak czynią nasze mięśnie w nogach, gdy bez rozgrzewki pobiegniemy za długo i za szybko – niedostatek tlenu spowoduje ich bolesne dla nas zakwaszenie na tej samej molekularnej zasadzie. Ten „kwaśny” sposób metabolizowania cukru, właściwy w sytuacji pełnej dostępności tlenu tylko dla komórek nowotworowych, nosi właśnie nazwę efektu Warburga.

Nie są to dobre wieści dla branży cukierniczej. Warto przy tej okazji odnotować, że po 50 latach wyszły na jaw wyniki badania z roku 1968, które zostało zamówione przez The Sugar Research Foundation. Rzecz dotyczy eksperymentu na szczurach o roboczej nazwie „Projekt 259”. Rezultaty badania wskazały bezpośredni związek między dietą obfitującą w cukier, jakiego na co dzień używamy w kuchni, a wysokim poziomem cholesterolu i zachorowalnością na raka. Z tego właśnie powodu zleceniodawcy nie chcieli ogłaszać publicznie wyników eksperymentu.

Tymczasem grupa badaczy z Katolickiego Uniwersytetu Leuven w Belgii, pod kierownictwem Johana Theveleina, od roku 2008 próbowała ustalić, na jakiej molekularnej zasadzie nadmierna konsumpcja cukru przez komórki nowotworowe prowadzi do błędnego koła. Wreszcie im się to udało odkryć. Do nieustannej stymulacji wzrostu i rozwoju nowotworu nawet wtedy, gdy wewnątrz guza komórki mają coraz mniej tlenu i zamierają z nadmiaru kwasu.

Jednak guz nadal rośnie. To bardzo ważne. Nawet pobieżna lektura tego tekstu uzmysławia bowiem, że do tej pory nikt nie potrafi selektywnie zagłodzić cukrowo komórek nowotworowych, nie uszkadzając tych zdrowych, które wszystkie wszak żyją na cukrze, tylko znacznie wolniej i spokojniej.

Naukowcy wykorzystali w swych badaniach … komórki drożdży piekarskich. Owe mają bardzo rozbudowany metabolizm wszelkich cukrów, z czego człowiek korzysta tak robiąc chleb, jak wino czy zacier na wódkę. Potrafią też one żyć kompletnie bez fermentacji, całkowicie polegając na swych mitochondriach i ich zdolnościach spalania węgla w tlenie. W tym celu wystarczy je hodować na glicerynie, która jest niefermentowalna. Rosną wtedy wolno, ale żyją.

Drożdżami łatwo i tanio manipulować. Co więcej, posiadają one w swym genomie także odpowiedniki wielu ludzkich protoonkogenów. Na przykład rodzinę genów kodujących białka Ras odpowiedzialne za przekazywanie sygnałów w komórce. U ludzi rozregulowanie działania białek Ras na drodze mutacji powoduje, że komórka nadmiernie się dzieli – co jest pierwszym krokiem do nowotworzenia. Okazuje się, że komórki drożdży, gdy fermentują glukozę, stymulują aktywację białek Ras.

W ten sposób dróżdż na cukrze rośnie szybko. Co nam odpowiada, gdy pieczemy wielkanocną babę. Dokładnie jednak ten sam proces występujący w komórkach ludzkich, to dramat. Początek dramatu.

– doktor nauk medycznych Magdalena Kawalec-Segond, biolog molekularny, mikrobiolog, współautorka „Słownika bakterii”