В журнале Science Translational Medicine опубликована статья, в которой ставятся под сомнение результаты более тысячи научных исследований опухоли головного мозга. Речь идет об экспериментах, проводившихся с клетками, выделенными из глиомы 50 лет назад. Оказалось, что эти клетки на самом деле происходят из совсем другого источника.
Многие медицинские и биотехнологические исследования проводятся на клеточных культурах. Изначально их получают из клеток, выделенных из тканей человека, животных и растений. Например, HeLa — линия клеток раковой опухоли шейки матки женщины по имени Генриетта Лакс, умершей в 1951 году. Ее до сих пор применяют в фармакологии для испытания новых видов лекарственных препаратов. Благодаря специальным ферментам HeLa фактически бессмертны и могут делиться сколько угодно раз, чем очень напоминают организмы из научно-фантастических фильмов. За годы использования раковые клетки эволюционировали, и некоторые ученые даже относят их к новому виду.
Исследователи часто пользуются линиями, которыми их снабжает репозиторий ATCC (American Type Culture Collection) и другие банки клеточных культур. Кроме того, в холодильниках этих организаций хранятся различные штаммы микроорганизмов и биопрепараты. Коллекция ATCC включает в себя более 3000 линий клеток человека и животных, 1200 гибридов (гибридов иммунных и раковых клеток), 4000 вирусов растений и животных, а также простейшие, дрожжи и грибы.
Линия U87MG, возможно, одна из наиболее часто используемых в научных работах клеточных культур, представляет собой клетки, выделенные из человеческой глиомы. Это самая распространенная опухоль головного мозга. Ученые изъяли U87MG у 44-летнего пациента, и с тех пор она хранится в ATCC. В базе данных научных публикаций PubMed можно найти более 1700 статей (200 из них приходится на 2015 год), посвященных исследованиям этой культуры.
Исследователи из лаборатории в Уппсальском университете в Швеции, долгое время изучая U87MG, задались вопросом об аутентичности культуры, содержащейся в ATCC. Иными словами, у ученых возникли подозрения, что материал, который изначально был выделен из опухоли, и U87MG, получаемая медиками и биологами из репозитория, — клетки из разных источников. Если это действительно так, под угрозой окажутся результаты многих научных работ. В их числе — испытания различных препаратов, которые подавляют рост глиомы. Трудно представить, насколько серьезно подобная ошибка могла затормозить поиски лекарства, способного спасти людей с опухолью мозга.
Чтобы выяснить реальное происхождение линии, ученые воспользовались подходом, называемым ДНК-дактилоскопией (англ. DNA fingerprinting). Суть метода заключается в том, что последовательность нуклеотидов (строительных кирпичиков ДНК) в геноме каждого живого организма является уникальной и может применяться для установления генетического родства. Ученые обычно анализируют короткие тандемные повторы (также известные как микросателлиты) — небольшие участки ДНК (длиной 2-5 нуклеотидов), которые повторяются друг за другом от пяти до 50 раз.
Исследователи сравнили короткие тандемные повторы у клеточных культур U87MG, хранящейся в Уппсальском университете (где линия была впервые выделена) и в ATCC. Установлено, что 12 из 14 повторов имеют различия, и это свидетельствует о том, что две версии линии клеток глиомы не имеют общего происхождения. Ученые дополнительно проанализировали 19 других клеточных линий, которые применялись в их лаборатории для исследований опухоли головного мозга, и ни одна из них не соответствовала оригинальной U87MG.
Доказав таким образом, что коммерческая клеточная культура не имеет никакого отношения к опухоли, из которой якобы была выделена, биологи решили определить настоящий источник линии. Они исследовали базы данных, в которых хранится информация по различным линиям раковых клеток. Их интересовало, существует ли у других культур схожий профиль экспрессии генов. Под последним понимают содержание в клетке продуктов активных генов (такими продуктами являются РНК-молекулы, образующиеся в процессе транскрипции). Для этой задачи ученые воспользовались Энциклопедией линий раковых клеток (англ. Cancer Cell Line Encyclopedia, CCLE), где описаны 1036 различных линий, выделенных из опухолей мозга, молочной железы, кишечника и других тканей и органов.
Оказалось, что линия клеток U87MG, принадлежавшая ATCC, соответствует культуре, выделенной из опухоли центральной нервной системы. Вероятно, путаница произошла из-за перекрестного загрязнения другим биологическим материалом.
Ученые не впервые сталкиваются с проблемой ошибочного применения клеточных линий. Некоторые медицинские и биологические журналы настаивают на том, чтобы культуры, используемые в публикуемых научных работах, проходили проверку. Журнал Nature требует, чтобы авторы проводили анализ ДНК. Однако в ряде случаев, как показали биологи, необходимо располагать информацией о генетическом профиле изначальной ткани. Ученые призывают отойти от использования коммерческих линий, таких как U87MG, в пользу проверенных клеток глиомы, выращенных в подходящих условиях.