У пресноводных рыб впервые обнаружено заразное онкологическое заболевание

Фото из открытых источников

Загадочное заболевание, вызывающее появление черной кожной болезни у сомов в озере Мемфремагог, оказалось чем-то гораздо более странным, чем загрязнение или инфекция. Исследователи из Университета Вермонта (UVM) идентифицировали это заболевание как передающийся рак, первый в истории, обнаруженный у пресноводных рыб. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Раковые клетки ведут себя не столько как типичная опухоль, сколько как паразиты, перемещаясь непосредственно от одной рыбы к другой. Это открытие проливает новый свет на то, как рак может распространяться в диких популяциях.

Это также поднимает насущные вопросы о происхождении этого вида рака и о том, как он может повлиять на популяции рыб в будущем. Исследователи также надеются, что это открытие позволит понять, как развивается рак у всех животных, включая человека.

С 2012 года рыболовы и биологи наблюдают резкое увеличение численности бурых сомов-бычков, появляющихся в трансграничном озере, расположенном на границе штатов Вермонт и Квебек, с приподнятыми черными пятнами на коже. К 2014 году почти каждая третья рыба в озере имела эти темные пятна.

«Сначала мы думали, что это заболевание может быть вызвано вирусом, но это не подтвердилось», — сказала соавтор исследования Джули Драгон из Университета Вермонта. 

Поскольку бурый сомик-бычок является показателем качества окружающей среды, команда первоначально предположила, что причиной рака стали загрязняющие вещества или патогены, связанные с загрязнением. Однако, как выяснилось, поражения оказались меланомой — раком кожи , обычно связанным с воздействием солнечных лучей. 

«Это было неожиданно, и нам захотелось узнать, как у донных рыб может развиться рак, который мы связываем с чрезмерным воздействием солнечного света», — сказала Драгон. 

Ученые углубились в генетику раковых клеток. Первоначально они ожидали обнаружить генетическую мутацию, которая делала этих конкретных рыб восприимчивыми к развитию рака в собственных клетках. Вместо этого они обнаружили нечто гораздо более странное.

Используя полногеномное секвенирование, команда сравнила ДНК из опухолевой ткани и здоровой ткани у нескольких пораженных рыб. Оказалось, что раковые клетки генетически гораздо больше похожи друг на друга, чем на отдельных рыб, в которых они были обнаружены. Это характерный признак клонально передаваемого рака, при котором сами опухолевые клетки выступают в качестве инфекционных агентов, передающихся от одного хозяина к другому.

«Сотни тысяч генетических вариантов встречаются в образцах опухолей, но отсутствуют у рыб-хозяев, что значительно превышает уровни, наблюдаемые при обычных видах рака», — написали авторы.

Это лишь четвертый известный тип передающегося рака, выявленный в животном мире, и первый, обнаруженный у каких-либо видов рыб или пресноводных организмов. В трех предыдущих примерах упоминаются опухоль лицевого нерва у тасманийских дьяволов и трансмиссивная венерическая опухоль у собак. Также в их число входят трансмиссивные лейкемиеподобные заболевания, встречающиеся у моллюсков семейства двустворчатых.

В настоящее время исследовательская группа работает над тем, чтобы точно определить, как эти раковые клетки перемещаются от одного животного к другому.

«Похоже, это происходит только у крупных рыб нерестового возраста», — сказал соавтор исследования Марк Хендерсон из Университета Вермонта. «Возможно, некоторые особенности поведения во время нереста приводят к распространению рака между животными».

Во время нереста сомики-бычки плотно скапливаются на мелководье, создавая именно тот тесный физический контакт, который может способствовать передаче опухолевых клеток между рыбами. Бурый сомик, будучи бесчешуйчатой рыбой, обитающей на дне, также тесно взаимодействует с озерными отложениями, в которых могут находиться свободно плавающие раковые клетки, способные заражать новых хозяев.

Загрязняющие вещества или гормональные изменения также могут ослабить иммунную систему рыб. Это может сделать популяцию сомиков в озере Мемфремагог более уязвимой для инфекций. Природный мышьяк, содержащийся в окружающей среде, также может играть определенную роль.

Точное влияние этого вида рака на популяции рыб в долгосрочной перспективе остается крайне неопределенным. Некоторые виды рака, передающиеся от животных к человеку, оказались крайне опасными. Например, опухоль на морде тасманийского дьявола уничтожила около 90 процентов популяции некоторых видов этих животных. 

Другие, например, передающаяся опухоль, обнаруживаемая у собак, сосуществовали со своими носителями на протяжении тысяч лет, не приводя их к коллапсу. В озере Мемфремагог больные сомики-бычки могут выживать годами, несмотря на раковое заболевание. Исследователи до сих пор не знают, какие долгосрочные последствия, если таковые будут, это заболевание может в конечном итоге оказать на популяцию.

Поскольку озеро Мемфремагог обеспечивает питьевой водой более 175 000 человек, исследователи особо подчеркнули, что это заболевание не представляет известной опасности для человека. Раковые клетки не могут инфицировать или выживать в организме другого вида, и сами рыбы остаются безопасными для обращения и изучения. 

Тем не менее, это открытие поднимает более широкие вопросы о том, как загрязнение окружающей среды, стресс для среды обитания и изменение климата могут влиять на эволюцию и распространение болезней среди популяций диких животных в целом. 

«И лично я бы не стал есть тех, у кого есть опухоли», — сказал Хендерсон, отметив, что, по всей видимости, в настоящее время поражено около 30 процентов популяции бурого сома в озере.

Некоторые местные защитники окружающей среды задаются вопросом, не выделяет ли расположенная неподалеку свалка Ковентри токсины в озеро и не является ли это прямой причиной рака. Исследовательская группа не обнаружила никаких доказательств, подтверждающих эту теорию.

Раковые клетки, по всей длине озера (более 50 километров) равномерно распределены. Они поражают репродуктивно изолированные популяции рыб, а не концентрируются вблизи Южного залива, района, ближайшего к свалке. Анализ качества воды в озере Мемфремагог показал уровень загрязнения, сопоставимый со многими близлежащими озерами. Это касается и озера Шамплейн, где не зафиксировано ни одного случая передачи меланомы.

Что еще более важно, команда расширила масштабы отбора проб, включив в них дополнительные водоемы в Вермонте, Нью-Гэмпшире, Мэне и Нью-Брансуике. Они обнаружили наличие раковых клеток в нескольких других прудах и озерах региона. Многие из этих недавно выявленных участков отличаются безупречным качеством воды и полным отсутствием близости к свалкам или местам сброса промышленных отходов.

В ходе исследования было установлено, что раковые клетки пораженных рыб содержат повышенный уровень мышьяка, известного яда и канцерогена. Географическое распространение рака, по-видимому, коррелирует с уровнем содержания мышьяка в почве вокруг этих озер.

«Мышьяк встречается в природе по всей Новой Англии, и его очень высокая концентрация наблюдается в северо-восточном регионе Вермонта, а также в штате Мэн, где мы также обнаружили признаки этого вида рака», — сказал Хендерсон.

В настоящее время исследователи изучают, как долго существует этот вид рака и действительно ли передающиеся при наследственности раковые заболевания встречаются в животном мире чаще, чем предполагают ученые.

«Мы считаем, что, возможно, это не так уж и редко, как все думают. Мы просто этого не видим», — сказала Драгон. «Возможно, мы видим их не так много просто потому, что не ищем их целенаправленно».

Примечательно, что самое раннее известное наблюдение этого вида рака у сома, возможно, относится к дневникам Генри Дэвида Торо. В июле 1852 года, наблюдая за рекой Конкорд в Массачусетсе, Торо описал, как поймал сома с «очень большим бархатисто-черным пятном», которое, по его словам, было «своего рода болезнью, которую я часто наблюдал у этих рыб». Шесть лет спустя он зафиксировал еще одну рыбу с «черной, как чернила, формой проказы, похожей на ракообразный лишайник».

В настоящее время ученые проводят обследование прудов и рек по всему Массачусетсу, чтобы определить, как долго существует рак и мог ли он возникнуть именно там, а не в Вермонте.

По мнению экспертов, изучение этого недавно обнаруженного передающегося рака может дать ценные сведения, выходящие далеко за рамки биологии рыб.

«Изучая, как раковые клетки выживают и распространяются за пределы своего первоначального организма-хозяина, мы можем многое узнать о том, что удерживает раковые клетки под контролем, и что происходит, когда эти границы нарушаются», — сказала Драгон. «Эти рыбы предоставляют возможность изучить эволюцию рака».