HeLa rakud

Peaaegu kõik molekulaarbioloogia, farmakoloogia, viroloogia ja geneetika teaduslikud uuringud alates 20. sajandi algusest on kasutanud elusorganismist saadud ja erinevate biokeemiliste meetoditega kultiveeritud primaarsete elusrakkude proove, mis võimaldasid pikendada nende elujõulisust ehk võimet laboritingimustes jaguneda. Eelmise sajandi keskel jõudis teadusesse HeLa rakud, mis ei allu loomulikule bioloogilisele surmale. Ja see võimaldas paljudel uuringutel saada läbimurdeks bioloogias ja meditsiinis.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ]

Kust pärinesid immortaliseeritud HeLa rakud?

Nende „surematute“ rakkude (immortaliseerimine on rakkude võime lõputult jaguneda) saamise lugu on seotud Baltimore'i Johns Hopkinsi haigla vaese 31-aastase patsiendiga – afroameerika naise ja viie lapse emaga nimega Henrietta Lacks, kes pärast kaheksa kuud kestnud emakakaelavähki põdemist ja sisemise kiiritusravi (brahhüteraapia) läbimist suri selles haiglas 4. oktoobril 1951.

Vahetult enne seda, kui Henriettat emakakaelavähi raviti, võttis raviarst, kirurg Howard Wilbur Jones, uurimiseks kasvajakoe proovi ja saatis selle haigla laborisse, mida tol ajal juhtis bioloogiabakalaureus George Otto Gey.

Bioloogi jahmatas biopsia: koerakud ei surnud apoptoosi tagajärjel ettenähtud aja möödudes, vaid jätkasid paljunemist ja seda hämmastava kiirusega. Teadlasel õnnestus isoleerida üks konkreetne struktuurirakk ja see paljuneda. Saadud rakud jätkasid jagunemist ja lakkasid mitootilise tsükli lõpus suremast.

Ja varsti pärast patsiendi surma (kelle nime ei avalikustatud, vaid krüpteeriti lühendina HeLa) ilmus salapärane HeLa rakkude kultuur.

Kui selgus, et HeLa rakud – mis on kättesaadavad väljaspool inimkeha – ei allu programmeeritud surmale, hakkas nõudlus nende järele mitmesuguste uuringute ja katsete jaoks kasvama. Ja ootamatu avastuse edasine kommertsialiseerimine viis seeriatootmise korraldamiseni – HeLa rakkude müügiks arvukatele teaduskeskustele ja laboritele.

HeLa rakkude kasutamine

1955. aastal klooniti HeLa rakud esimeste inimrakkudena ning HeLa rakke on kogu maailmas kasutatud vähirakkude metabolismi uurimiseks, vananemisprotsessiks, AIDSi põhjusteks, inimese papilloomiviiruse ja teiste viirusnakkuste omaduste uurimiseks, kiirguse ja toksiliste ainete mõjude uurimiseks, geenide kaardistamiseks, uute ravimite testimiseks, kosmeetika testimiseks jne.

Mõnede andmete kohaselt on nende kiiresti kasvavate rakkude kultuuri kasutatud 70–80 tuhandes meditsiinilises uuringus kogu maailmas. Teaduslikel eesmärkidel kasvatatakse igal aastal umbes 20 tonni HeLa rakukultuuri ning nende rakkudega on registreeritud üle 10 tuhande patendi.

Uue laboratoorse biomaterjali populariseerimist soodustas asjaolu, et 1954. aastal kasutasid Ameerika viroloogid HeLa rakutüve enda väljatöötatud poliovaktsiini testimiseks.

HeLa rakukultuuri on aastakümneid laialdaselt kasutatud lihtsa mudelina keerukate bioloogiliste süsteemide visuaalsemate versioonide loomiseks. Ja immortaliseeritud rakuliinide kloonimise võime võimaldab korduvaid analüüse geneetiliselt identsetel rakkudel, mis on biomeditsiiniliste uuringute eeltingimus.

Juba alguses – tolleaegses meditsiinikirjanduses – märgiti nende rakkude „vastupidavust“. Tõepoolest, HeLa rakud ei lakka jagunemast isegi tavalises laborikatseklaasis. Ja nad teevad seda nii agressiivselt, et kui laboritehnikud ilmutavad vähimatki hooletust, tungivad HeLa rakud kindlasti teistesse kultuuridesse ja asendavad rahulikult algsed rakud, mille tulemusel on katsete puhtus väga küsitav.

Muide, ühe 1974. aastal läbi viidud uuringu tulemusel tehti eksperimentaalselt kindlaks HeLa rakkude võime teadlaste laborites teisi rakuliine "saastada".

HeLa rakud: mida uuring näitas?

Miks HeLa rakud nii käituvad? Sest need ei ole tervete kehakudede normaalsed rakud, vaid kasvajarakud, mis on saadud vähkkasvaja koeproovist ja sisaldavad inimese vähirakkude pideva mitoosi patoloogiliselt muutunud geene. Sisuliselt on nad pahaloomuliste rakkude kloonid.

2013. aastal teatasid Euroopa Molekulaarbioloogia Laboratooriumi (EMBL) teadlased, et nad olid spektraalse karüotüüpimise abil sekveneerinud Henrietta Lacksi genoomi DNA ja RNA. Ja kui nad võrdlesid seda HeLa rakkudega, leidsid nad, et HeLa ja normaalsete inimrakkude geenide vahel oli silmatorkavaid erinevusi...

Kuid juba varem viis HeLa rakkude tsütogeneetiline analüüs arvukate kromosoomanomaaliate avastamiseni ja nende rakkude osalise genoomse hübridisatsioonini. Selgus, et HeLa rakkudel on hüpertriploidne (3n+) karüotüüp ja nad toodavad heterogeenseid rakupopulatsioone. Lisaks leiti, et enam kui pooltel kloonitud HeLa rakkudest esines aneuploidsus – kromosoomide arvu muutus: 49, 69, 73 ja isegi 78 kromosoomi 46 asemel.

Nagu selgus, on HeLa rakkude multipolaarsed, polütsentrilised või multipolaarsed mitoosid seotud HeLa fenotüübi genoomse ebastabiilsusega, kromosoomimarkerite kadumise ja täiendavate struktuuriliste anomaaliate tekkega. Need on rakkude jagunemise ajal tekkivad häired, mis viivad kromosoomide patoloogilise segregatsioonini. Kui jagunemisspindli mitootiline bipolaarsus on iseloomulik tervetele rakkudele, siis vähiraku jagunemisel moodustub suurem arv pooluseid ja jagunemisspindleid ning mõlemad tütarrakud saavad erineva arvu kromosoome. Ja spindli multipolaarsus raku mitoosi ajal on vähirakkude iseloomulik tunnus.

HeLa rakkudes multipolaarseid mitoose uurides jõudsid geneetikud järeldusele, et kogu vähirakkude jagunemisprotsess on põhimõtteliselt vale: mitoosi profaas on lühem ja jagunemisvõlli moodustumine eelneb kromosoomide jagunemisele; metafaas algab samuti varem ja kromosoomidel pole aega oma kohta sisse võtta, jaotudes juhuslikult. Tsentrosoomide arv on vähemalt kaks korda suurem kui vaja.

Seega on HeLa raku karüotüüp ebastabiilne ja võib laborites oluliselt erineda. Seetõttu on paljude uuringute tulemusi – arvestades rakulise materjali geneetilise identiteedi kadumist – lihtsalt võimatu teistes tingimustes korrata.

Teadus on teinud suuri edusamme bioloogiliste protsesside kontrollitud manipuleerimise võimekuses. Viimane näide on USA ja Hiina teadlaste rühma loodud 3D-printeri abil HeLa rakkude abil vähikasvaja realistlik mudel.