Эволюция устойчивости к болезням — от инфекционных до онкологических — представляет собой сложную задачу.

Несмотря на ожидание того, что при отсутствии лечения количество мутаций, вызывающих резистентность, будет уменьшаться из-за снижения скорости роста, изначально существующая резистентность широко распространена среди заболеваний, которые эволюционируют, таких как рак и патогены, что противоречит общепринятым взглядам.

В случае рака хорошо известно, что небольшое количество клеток, устойчивых к лекарствам, вероятно, существует в опухолях даже до их лечения. Парадоксально, но до лечения эти мутанты неоднократно демонстрировали более низкую приспособленность, чем окружающие их клетки-предки, из которых они произошли. Это приводит к сценарию, который, кажется, нарушает правила Дарвина: почему эти наименее приспособленные клетки выживают?

В новом исследовании ученые из Университета Кейс Вестерн Резерв и Кливлендской клиники делают удивительное открытие: взаимодействие между этими мутантами и их предками, как между двумя видами в экосистеме, может содержать ключ к пониманию этого парадокса.

Их выводы показывают, что эти экологические взаимодействия играют ключевую роль в снижении затрат на резистентность, обеспечивая путь к выживанию для уже существующей резистентности. Это может быть актуально не только для рака легких , но и для различных биомедицинских контекстов, где лекарственная резистентность является проблемой, включая другие виды рака, патогенов и даже паразитов.

Это междисциплинарное исследование, включающее физику, генетику, теоретическую экологию и математическую онкологию, опубликованное в PRX Life , представляет собой значительный шаг к пониманию эволюции устойчивости. Исследователи надеются, что это может привести к инновационным подходам к борьбе с раком и инфекционными заболеваниями .

Изучение
Объединяя компьютерное моделирование и аналитические результаты, исследование создает математическую основу для изучения влияния этих экологических взаимодействий на эволюционную динамику устойчивости.

«Это действительно захватывающее открытие, поскольку оно разрешает некоторые фундаментальные разногласия между классической популяционной генетикой и теоретической экологией», — сказал главный исследователь Джейкоб Скотт, штатный врач-ученый в клинике Кливленда и доцент физики и медицины в Case Western Reserve. Скотт также является заместителем директора по науке о данных в Case Comprehensive Cancer Center.

Исследование также подчеркивает клиническую значимость этих результатов путем генной инженерии общих механизмов резистентности, наблюдаемых при немелкоклеточном раке легких, заболевании, известном своей изначальной резистентностью к таргетной терапии и являющемся основной причиной смерти от рака в Соединенных Штатах.

Каждая генетически модифицированная линия раковых клеток получила пользу от взаимодействия со своим предком в ходе эволюционного игрового анализа , проведенного группой при культивировании с чувствительным к лечению предком, как и предсказывала новая теория, что позволило положить конец парадоксу.

«Наши результаты предлагают привлекательную новую гипотезу о том, почему устойчивость к лечению так распространена: резистентные клетки спасаются от вымирания другими клетками, окружающими их, с помощью экологического механизма», — сказал Джефф Малтас, ведущий автор исследования и научный сотрудник Case Western Reserve.

«Эти результаты предлагают новую стратегию лечения : разработка методов лечения, которые нарушают экологическое взаимодействие, позволяющее резистентности изначально закрепиться, а не разработка новых препаратов для все более резистентных групп населения».