Nieświadomi języka Szekspira ni Owidiusza mogą nie zdawać sobie sprawy, że nazwa „rak” nie jest dokładnym polskim tłumaczeniem łacińskiego czy angielskiego słowa opisującego wyniszczające człowieka schorzenie, które polega na gwałtownym namnażaniu się komórek i – najczęściej – tworzeniu tzw. guza. Guz ów bowiem, zwłaszcza w fazie wysyłania swojego „potomstwa” (czyli komórek rakowych) do innych organów, gdzie dadzą one początek kolejnym guzom, wygląda jak krab. Czyli „cancer”.

W Polsce jednak, gdzie w naturze nikt kraba nie widział, słowo to już w dawnych kalendarzach medycznych przetłumaczono jako „rak”. Stworzenie z krabem spokrewnione, powszechnie znane, zdolne boleśnie uszczypnąć, choć swym wyglądem jako żywo nie przypominające guza nowotworowego.

Dokonało się zatem zjawisko językowo podobne do spolszczonego biblijnego wersetu o „głosie wołającym na puszczy”, gdy w oryginale głos ów woła na pustyni. Dzięki temu jednak nam Polakom o wiele łatwiej będzie przyjąć do wiadomości i zapamiętać najnowsze badania grupy naukowców z Niemiec pod kierunkiem Franka Lyko, którzy postanowili wykorzystać obserwację zwycięskiego pochodu stworzenia zwanego rakiem marmurkowym przez Europę i Afrykę dla modelowania inwazji raka-nowotworu w naszym ludzkim organizmie.

Inwazyjna dziewica-matka

Skorupiak ten to w istocie zmutowana forma raka Procambarus fallax, powszechnego w USA, zwłaszcza na Florydzie i w Georgii. W 1995 roku pojawił się w sprzedaży w niemieckich sklepach akwarystycznych i tam najprawdopodobniej doszło do mutacji.

Mutacja była naturalna, raczej jednokrotna i polegała na powieleniu całego pojedynczego kompletu chromosomów raka. Ma on zatem po trzy sztuki każdego ze swoich chromosomów. Podczas gdy zwierzęta, w tym ludzie, mają najczęściej po dwa chromosomy każdego rodzaju, czyli tzw. parę, co czyni nas tzw. diplontami.

Jesteśmy zatem diploidalni i mamy takich chromosomowych par 23 w każdej komórce, a w każdej parze jeden chromosom pochodzi od naszej matki, a drugi od ojca. Rak zaś, z którego powstał rak marmurkowy, ma ich 92. Sprawia to, że rak marmurkowy ma w swoim genomie aż 276 chromosomów jako stworzenie triploidalne.

Ta zmiana zagwarantowała rakowi marmurkowemu jako jedynemu dużemu, dziesięcionogiemu skorupiakowi na planecie zdolność do dzieworództwa. Istnieją zatem w tym gatunku jedynie samice, które rozmnażają się całkowicie bez udziału samców. Te zaś całkowicie zanikły jako zbędne, a nawet nie mające skąd się pojawić. Co więcej, badania genetyczne wykazują niezbicie, że na świecie istnieje tylko jeden wielki klon tego gatunku. Czyli wszystkie istniejące samice są potomstwem jednej zmutowanej wstępnie samicy.

Wszystko zeżre, wszystko zniesie

Jak rak marmurkowy mógł powstać? Wystarczy, że podczas zapłodnienia prawidłowy, niosący po jednym chromosomie z każdej pary plemnik skutecznie zaktywował do rozwoju racze jajo, które było nieprawidłowe. Zamiast jednego chromosomu z każdej pary, niosło ich pełny diploidalny komplet.

Taki niefart zdarza się z niezmiernie rzadko i pech chciał, że przytrafił się w jednym z niemieckich akwariów.

Jak wynika z badań genetycznych, dawca plemnika był z innej części świata, niż dawczyni jaja. To, co się stało w akwarium, nie wydarzyłoby się w naturze, gdyż tak odmienne genetycznie raki nigdy by się nie spotkały. Powstały z takiej „krzyżówki” rak marmurkowy ma zatem zagwarantowaną olbrzymią różnorodność genetyczną, warunkującą bardzo plastyczny metabolizm.

Kolejna fatalność sprawiła, że ktoś kupił raka-mutanta, a potem już nie chciał go mieć, być może dlatego, że rak przestał być pojedynczy i wydał na świat potomstwo, które przestało się mieścić w akwarium. Zrobił więc to, co najprostsze – wypuścił je do rzeki czy jeziora.

Tego rodzaju dobroduszna niefrasobliwość sprawiła, że dziś w Europie Środkowej niemal nie uświadczysz już normalnego i smakowitego raka. Został całkowicie wyparty z własnych siedlisk (czytaj: wyginął) w kontakcie z niemieckim mutantem amerykańskiego raka.

Proces dzieworódczego rozmnażania jest w tym wypadku super wydajny. Samców, jakby „nigdy nie było, nie ma i nie potrzeba”. Rak marmurkowy świetnie się w Europie – a także w Japonii i na Madagaskarze – zaaklimatyzował. Ponowne krzyżowanie „go” (raczej „jej”) z niezmutowanymi samcami z Florydy daje jedynie partenogenetyczne samice.

Rak marmurkowy wszystko zeżre, wszystko zniesie, potrzebuje 3 miesiące, aby z jaja stać się formą zdolną do wydawania potomstwa. Groza. Można też podsumować: no, to tak, jak rak. Ten rak, który atakuje nas.

Poszukiwany żywy lub martwy

Gerhard Scholtz, biolog ewolucyjny z Uniwersytetu Humboldta w Berlinie, który zajmuje się śledzeniem globalnej inwazji raka marmurkowego, wskazuje, że jego pojawienie się na Madagaskarze zagroziło wyginięciem siedmiu rodzajów tamtejszego raka.

Całej historii nie da się wyłącznie skwitować stwierdzeniem: „głupota ludzka nie zna granic”. Jesteśmy bowiem głupi od nowa i wciąż, i kolejny raz. To bowiem nie pierwszy gatunek inwazyjny zawleczony do naszej części świata z dobrych chęci i dla zysku.

Opowieść o raku marmurkowym przypomina wprowadzenie do Polski (i innych krajów bloku wschodniego) barszczu Sosnowskiego, przedtem występującego gdzieś w głuchych ostępach kaukaskich. Miał dawać – po ukiszeniu – doskonałą i gwarantującą wysoką mleczność paszę dla bydła. Dał nawet śmiertelne poparzenia i nie do wytrzebienia łachy na skraju lasu w wielu polskich regionach. Nazywany jest „zemstą Stalina”, bo jego tryumfalny pochód przez nasze ziemie rozpoczął się podobno w roku śmierci dyktatora.

Raka marmurkowego, ze względu na czas swego przybycia i ucieczki z Niemiec na tereny byłego bloku wschodniego, dałoby się spokojnie nazwać „zemstą Honeckera”, nieco tylko opóźnioną. Szkoda, że nikt z europejskich oficjeli od bezpieczeństwa ekologicznego i epidemiologicznego o tym nie pomyślał.


Rak marmurkowy został wreszcie objęty Rozporządzeniem Unii Europejskiej 1143/2014 z dnia 22 października 2014. Według tego przepisu funkcjonuje całkowity zakaz wprowadzania tego stworzenia na teren UE, przetrzymywania (nawet w obiekcie izolowanym), hodowania (także w izolacji), przywożenia i wywożenia z UE i transportu w obrębie UE z wyjątkiem transportu do ośrodków dokonujących eliminacji osobników, nie wolno wprowadzać go do obrotu, zezwalać na rozmnażanie, hodowlę lub uprawę oraz wprowadzać pod jakimkolwiek pozorem do środowiska.

Generalnie przepis ten daje się streścić westernowym: „poszukiwany żywy lub martwy”, tylko sowitej nagrody za „wyrywanie chwasta” nikt nie wyznaczył.

Nauka płynie ze wszystkiego

Mądre europejskie głowy wiedzą jednak, że dzieworódczy rak marmurkowy to nie tylko zagrożenie, ale i wielka naukowa ciekawostka. To jedno z bardzo niewielu tak dużych zwierząt, które są całkowicie partenogenetyczne. Najbliższy znany przykład to niektóre rodzaje maleńkich, przejrzystych wodnych zwierzątek zwanych wrotkami.

W innych przypadkach pokolenia rozmnażające się tak jak Pan Bóg przykazał, są przedzielone pokoleniami partenogenetycznymi, czyli rozmnażającymi się bez udziału samców. Czyli jak to ujął ze zgrozą Maksik w „Seksmisji”: „ale żeby tak jajo o jajo!”.

Wochit News/YouTube

Wystąpienie pokolenia partenogenetycznego ma swe źródło w zmianie pory roku (na wiosnę występuje płciowe, a jesienią dzieworódcze lub odwrotnie), jak jest np. u owadów: mszyc i galasówek. Może też wynikać z chwilowego braku samców czy zaistnienia warunków pozwalających na gwałtowny rozrost populacji. Tak bywa u wspomnianych wrotków oraz rozwielitek, które podobnie jak raki są skorupiakami, aczkolwiek raczej same są planktonem, niż się nim żywią, jak rak marmurkowy.

Jeśli coś jest tak wyjątkowe, trzeba to zgłębić. Triploidalność jest nieczęstym w świecie zwierząt i wartym badania fenomenem. Model zatem do badań rozwoju osobniczego aż się prosi, by go łapać, trzymać i studiować. No, ale od 1 stycznia 2015 to jest już na terenie UE zabronione. Za to obserwowanie naturalnych, licznych i narastających lawinowo populacji tego raka zakazane nie jest.

Nic jednak we współczesnej biologii się nie da zrobić bez genomu. Projektem sekwencjonowania genomu raka marmurkowego zajęli się naukowcy z Niemieckiego Instytutu Badań nad Rakiem w Heidelbergu. I uwaga pierwsza: ów rak z ich tabliczki na drzwiach to nie rak-skorupiak, a rak-nowotwór. Uwaga druga: mimo, że do dziś zsekwencjonowano już setki genomów niebakteryjnych, rak marmurkowy okazuje się pierwszym skorupiakiem – dziesięcionogiem, którego DNA całkowicie poznano. Choć w grupie tej są powszechnie dziś jadane krewetki, a także – bardziej dla „elitarnych” podniebień przeznaczone – kraby, langusty i homary. Genom ten zatem mówi nam sporo o całej rozległej gałęzi zwierzęcego drzewa życia.

O swym sukcesie naukowcy niemieccy donieśli w drugim numerze „Nature ecology and evolution” z bieżącego roku, czyli bardzo prestiżowo, jak na genom. Zsekwencjonowany całkowity DNA jakiegoś organizmu to już dziś raczej powszedni chleb, niż rarytas.

Ostatecznie badacze z Niemiec zsekwencjonowali genomy blisko tuzina osobników pochodzących z różnych stron zalanego nimi świata, oraz kolejny tuzin – z Madagaskaru – zbadali pobieżnie, tylko w najistotniejszych dla genomu fragmentach.

Rak marmurkowy ma znacznie więcej DNA, niż człowiek, ale zasadniczo jego genom koduje tyle samo genów, co nasz – około 21 tysięcy.

Frank Lyko, kierujący grupą badaczy rozszyfrowujących DNA raka marmurkowego, podjął się wykonania tego projektu pięć lat temu. Uznał, że taka cudowna i super świeżo powstała na drodze ewolucji, oraz przydatna dla opanowywania nowych siedlisk zdolność, jak partenogeneza, musi zostać szczegółowo zbadana. Po pierwsze dlatego, że partenogeneza oznacza, iż mamy do czynienia z blisko spokrewnionymi klonami, a zatem sekwencjonując genom jednego raka marmurkowego, poznajemy – wcale nieźle – je wszystkie. W dodatku każda populacja tego szkodnika powstaje z jednego osobnika. Jest autentycznym klonem, jak bakteria. I jak nowotwór.

Co więcej, tak wysokie genetyczne podobieństwo osobników ułatwia podjęcie badań epigenetycznych. O epigenetycznej kontroli działania genów pisałam szerzej w tekście "Naukowcy przeszczepili pamięć". Właśnie bliskie identyczności podobieństwo genetyczne badanych organizmów pozwala skupić się nie na tym, co zapisane w DNA, ale na różnicach osobniczych, które są epigenetyczne, czyli najprościej rzecz ujmując – nadpisane na sekwencji genów, która nie ulega zmianie.

Taki organizm, jak rak marmurkowy, stwarza zatem możliwość badania tego, co bazalnie reguluje życie naszych komórek, ale nie wynika z samej sekwencji genów. To, co ma źródło w wiązaniu się do podwójnej helisy DNA różnych cząsteczek, regulujących aktywność genów.

Takie regulowanie „z zewnątrz sekwencji DNA” jest bowiem – jak wiedzą onkolodzy – zaangażowane we wzrost guza i rozprzestrzenianie się, czyli przerzuty nowotworów. Tych znacznie dla nas wszystkich straszniejszych od raka marmurkowego, rozprzestrzeniających się inwazyjnie i mnożących się bezpłciowo, klonalnych potworów.

Szkodliwa rola 0,01 procenta

A jak powstaje rak, który szkodzi nam bezpośrednio bardziej, niż inwazyjny skorupiak z niemieckiego akwarium? Rzecz, podobnie jak w przypadku raka marmurkowego, zaczyna się od mutacji.

Alen AxP/YouTube

Konkretna komórka, np. powielając swój DNA przed podziałem na dwie komórki, w sposób zupełnie naturalny, myli się. Czyli wprowadza mutację. Podobny efekt mogą na DNA komórki wywierać różne związki chemiczne czy promieniowanie. Mutacje pojawiają się w DNA.

W zdrowym, młodym organizmie w 99,9 proc. przypadków specjalne systemy naprawy DNA korygują błąd. W sytuacji, gdy tak się nie stanie, ów błąd jest powielany do komórek potomnych, jeżeli nasza komórka nadal ma zdolność się dzielić. Ale w dorosłym organizmie to rzadka zdolność. Mnożą nam się komórki macierzyste, dając np. nowe komórki krwi czy skóry, ale komórki dojrzałe raczej nie.

Mutacja, która zaistniała, w 99,9 proc przypadków nie będzie szkodliwa. Ale splot nieszczęśliwych przypadków może sprawić, że mutacja jest chorobotwórcza i nie zostanie naprawiona.

Jeśli układ odporności człowieka działa normalnie, specjalne komórki-zabójcy powinny rozpoznać i unieszkodliwić komórkę-mutanta. Jako groźnego buntownika. I w 99,9 proc. przypadków tak się dzieje.

Jeśli jednak tak się nie stanie, komórka-mutant może zacząć kumulować kolejne mutacje w różnych genach. Najgroźniejsza jest sytuacja, gdy mutacji ulegają geny odpowiedzialne za systemy naprawy DNA lub geny odpowiedzialne za to, że dojrzała komórka jest zablokowana w rozwoju i już się nie dzieli.

Trzecia groźna mutacja to utrata zdolności komórki do honorowego samobójstwa. Każda bowiem komórka „czuje”, że jest częścią organizmu i – jak grzeczna pszczółka – pracuje dla dobra roju na swoim miejscu całe życie. Gdy „poczuje”, że stanowi zagrożenie dla całości, powinna się zabić w niegroźnym dla organizmu, bo nie wywołującym stanu zapalnego procesie zwanym apoptozą. I w 99,9 proc. przypadków apoptoza ma miejsce.

Gdy jednak nie, to taki mutant nie tylko będzie akumulował dalsze groźne mutacje, ale zacznie się mnożyć. Jedna komórka da dwie, te – 4, owe – 8, i tak w nieskończoność.

Powstaje guz, który będzie nadal czynił wszystko na drodze mutacji i zmian epigenetycznych, by ukryć się przed naszym układem immunologicznym oraz by dostarczyć sobie wraz z krwią mnóstwo pożywienia i tlenu.

Zaczyna się regularne szkodnictwo i pasożytnictwo raka na organizmie człowieka. Wreszcie dochodzi do zmian umożliwiających niektórym komórkom nowotworowym opuszczenie guza, transport wraz z krwią lub po błonach śluzowych w stronę innych organów. Osiadają w nich klony pierwotnego raka, zwane przerzutami.

Choroba nowotworowa wchodzi w tzw. fazę metastatyczną, najczęściej nieuleczalną. Komórki rakowe są doskonalsze od swoich zdrowych sióstr. Tak jak rak marmurkowy okazał się doskonalszy od swoich zwyczajnych, niezmutowanych kuzynów.

Od lat nauka bada ten proces i wciąż nie umie go całkowicie zahamować ani w pełni kontrolować. Miejmy nadzieję, że walka z rakiem marmurkowym pod sztandarami Unii Europejskiej okaże się skuteczna. I dostarczy wielu danych, które okażą się pomocne w przyszłych walkach z nowotworami złośliwymi. Już dziś genomy obu potworów stoją przed nami otworem.

– Magdalena Kawalec-Segond,
biolog molekularny i mikrobiolog, współautorka „Słownika bakterii” (Adamantan, Łódź 2008)

TYGODNIK TVP, ul. Woronicza 17, 00-999 Warszawa. Redakcja i autorzy