Informație

De ce este utilă competența unei celule înfometate?


Știu că unele bacterii devin competente atunci când nu există multă hrană disponibilă în mediul lor.

Nu prea înțeleg de ce este util acest lucru pentru celulă. Am văzut câteva alte organisme formând un biofilm sau reunindu-se pentru a deveni nămol atunci când sunt înfometați și înțeleg utilitatea acestor mecanisme (reducerea consumului de energie și posibilitatea de a vă deplasa ușor pentru a căuta nutrienți).

Singura explicație plauzibilă pe care o văd este că a fi competent ar putea fi util pentru a profita de ADN-ul celulelor moarte. Am dreptate?


Labtutoriale în biologie

Transformarea este procesul de introducere a ADN-ului străin (de exemplu, plasmide, BAC) într-o bacterie. Celulele bacteriene în care ADN-ul străin poate fi transformat sunt numite competente. Unele bacterii sunt competente în mod natural (de exemplu B. subtilis), în timp ce altele precum E. coli nu sunt competente în mod natural. Celulele necompetente pot fi făcute competente și apoi transformate printr-una din cele două abordări principale de transformare chimică și electroporare. Este important de reținut că am testat transformările kitului de distribuție cu acest protocol. Am constatat că este cel mai bun protocol. Acest protocol poate fi deosebit de util dacă descoperiți că transformările dvs. nu funcționează sau dacă există câteva colonii.

În natură, ceea ce se întâmplă este prezentat în următoarele două videoclipuri:


Omologii genei de competență Escherichia coli sunt esențiali pentru fitnessul competitiv și utilizarea ADN-ului ca nutrient

Competența genetică naturală este capacitatea celulelor de a prelua ADN extracelular și este un mecanism important pentru transferul de gene orizontal. Un alt beneficiu potențial al competenței naturale este acela că ADN-ul exogen poate servi ca sursă de nutrienți pentru bacteriile înfometate, deoarece capacitatea de a „mânca” ADN este necesară pentru supraviețuirea competitivă în mediile care conțin nutrienți limitați. Arătăm aici că opt gene Escherichia coli, identificate ca omologi ai genelor com în Haemophilus influenzae și Neisseria gonorrhoeae, sunt necesare pentru utilizarea ADN-ului extracelular ca singură sursă de carbon și energie. Aceste gene conferă, de asemenea, un avantaj competitiv E. coli în timpul incubației pe fază staționară pe termen lung. Arătăm, de asemenea, că omologii acestor gene se găsesc în întreaga proteobacterie, sugerând că utilizarea ADN-ului ca nutrient poate fi un fenomen răspândit.

Cifre

Supraviețuirea pe termen lung și tiparele de concurență ...

Supraviețuirea pe termen lung și tiparele de concurență ale com mutanți genetici. (A) Suprapunerea a nouă ...

Capacitatea relativă a com mutanți ...

Starea fizică relativă a com mutanți. (A) Reprezentarea schematică a constructului utilizat pentru ...

Randamentele medii de creștere de tip sălbatic ...

Randamentele medii de creștere de tip sălbatic (WT) sau com celule mutante în mediu minim ...

Catabolismul nucleobazelor, nucleozidelor și ...

Catabolismul nucleobazelor, nucleozidelor și dNMP-urilor de tip sălbatic (□) și com mutant (○) ...

Model de captare ADN și catabolism în E coli . Membrana exterioară, ...


Omologii genei de competență Escherichia coli sunt esențiali pentru fitnessul competitiv și utilizarea ADN-ului ca nutrient

Competența genetică naturală este capacitatea celulelor de a prelua ADN extracelular și este un mecanism important pentru transferul de gene orizontal. Un alt beneficiu potențial al competenței naturale este acela că ADN-ul exogen poate servi ca sursă de nutrienți pentru bacteriile înfometate, deoarece capacitatea de a „mânca” ADN este necesară pentru supraviețuirea competitivă în mediile care conțin nutrienți limitați. Arătăm aici că opt gene Escherichia coli, identificate ca omologi ai genelor com în Haemophilus influenzae și Neisseria gonorrhoeae, sunt necesare pentru utilizarea ADN-ului extracelular ca singură sursă de carbon și energie. Aceste gene conferă, de asemenea, un avantaj competitiv E. coli în timpul incubației pe fază staționară pe termen lung. Arătăm, de asemenea, că omologii acestor gene se găsesc în întreaga proteobacterie, sugerând că utilizarea ADN-ului ca nutrient poate fi un fenomen răspândit.

Cifre

Supraviețuirea pe termen lung și tiparele de concurență ...

Supraviețuirea pe termen lung și tiparele de concurență ale com mutanți genetici. (A) Suprapunerea a nouă ...

Starea fizică relativă a com mutanți ...

Starea fizică relativă a com mutanți. (A) Reprezentarea schematică a constructului utilizat pentru ...

Randamentele medii de creștere de tip sălbatic ...

Randamentele medii de creștere de tip sălbatic (WT) sau com celule mutante în mediu minim ...

Catabolismul nucleobazelor, nucleozidelor și ...

Catabolismul nucleobazelor, nucleozidelor și dNMP-urilor prin tip sălbatic (□) și com mutant (○) ...

Model de captare ADN și catabolism în E coli . Membrana exterioară, ...


De ce celulele înfometate de fier ard mai multă glucoză

Oamenii de știință ai Universității Duke au descoperit un mecanism care permite celulelor lipsite de fier să oprească procesele de producere a energiei care depind de fier și să utilizeze o cale mai puțin eficientă care implică glucoza. Acest mecanism de remaniere metabolică, găsit în celulele de drojdie, ajută la explicarea modului în care oamenii răspund la deficiența de fier și poate ajuta și la cercetarea diabetului.

"Dacă putem înțelege ce schimbări metabolice se întâmplă de-a lungul unui gradient de deficit de fier, atunci am putea fi capabili să identificăm semnăturile unui deficit modest de fier la oameni", a declarat cercetătorul principal Dennis J. Thiele, Ph.D., care este George Barth Geller Profesor al Departamentului Duke de Farmacologie și Biologie al Cancerului, „Am putea să ne îndreptăm la trecere”.

„Această descoperire științifică de bază din drojdie aruncă o nouă lumină importantă asupra modului în care oamenii pot răspunde la carența de fier, care este cea mai frecventă tulburare nutrițională”, a declarat Dean Nancy C. Andrews, școala de medicină Duke, expert în bolile umane ale metabolismului fierului.

Constatările, publicate în numărul din iunie al Cell Metabolism, sunt, de asemenea, potențial importante pentru cei care studiază diabetul. "Sunt tot mai multe dovezi că, dacă există un dezechilibru de fier în celulele beta ale pancreasului, aceste celule nu vor produce insulină în mod corespunzător", a spus Thiele. "Acum știm ce se întâmplă în drojdie în ceea ce privește utilizarea glucozei (zahărului). Trebuie să aflăm dacă aceeași cauză și efect este valabilă și la mamifere."

Anemia cu deficit de fier afectează aproape 2 miliarde de oameni din întreaga lume, cel mai adesea femeile însărcinate, copiii prematuri și copiii mici, a spus Thiele. Anemia afectează profund dezvoltarea cognitivă și dezvoltarea motorie și neuronală, a spus el.

Oamenii de știință au dorit să știe cum organismele stabilesc un echilibru de fier în celulele lor. „Știm acum când celulele de drojdie întâmpină deficit de fier, își reorganizează metabolismul degradând ARN-urile mesager specifice (ARNm) și lăsând alți ARN mesageri în pace, ceea ce începe o succesiune de evenimente”, a spus Thiele. ARN-urile mesager sunt molecule care transportă informații de codificare de la ADN la structurile care produc proteinele, care la rândul lor reglează structurile și funcțiile corpului.

Primul răspuns la deficiența de fier este închiderea butucului energetic al celulei, mitocondriile, care ia glucoză și o transformă eficient în combustibil energetic al celulei sau ATP. Mitocondriile depind foarte mult de fier. Pe măsură ce o celulă devine mai înfometată de fier, aceasta „formează” procesele mitocondriale prin degradarea ARNm care codifică proteinele implicate în astfel de procese și, astfel, o parte din fier este eliberat, a spus Thiele.

Al doilea răspuns este închiderea căilor de stocare a fierului și a altor reacții biochimice mai dispensabile care depind de fier. „Când nu ai fier, nu vrei să-l salvezi și să-l scoți din uz”, a explicat Thiele.

Al treilea răspuns este creșterea căilor de utilizare a glucozei în afara mitocondriilor, care este un mod mult mai puțin eficient de a produce energie. Moleculele de glucoză procesate pentru energie în afara mitocondriilor creează de aproximativ 18 ori mai puțină energie, a spus co-autorul Sandra Vergara, doctorand în laboratorul lui Thiele.

"Echilibrul celular al fierului respectă regulile economice", a spus Vergara. "În timpul deficitului, celula acordă prioritate utilizării fierului, economisindu-l pentru procese mai esențiale. Această prioritate are un cost celular, care se reflectă în cererea mai mare de glucoză, astfel încât celula poate păstra cantitatea corectă de energie care curge."

Dacă scădem de ATP, devenim obosiți și letargici, care sunt simptome ale deficitului de fier, a spus Thiele. "Fierul este greu de obținut pentru oameni din surse vegetale, care stau la baza majorității dietei lumii". Fierul este foarte abundent în natură, dar celulelor le este greu să îl preia, deoarece își poate schimba forma în interiorul corpului.

Thiele a subliniat că descoperirile arată ce se întâmplă în timpul deficitului de fier în celulele de drojdie de panificație, dar probabil, într-un fel, se extind și asupra oamenilor. "Aproape 35 la sută din toate genele cunoscute ale bolilor umane au un omolog în genomul drojdiei. Un om de știință este întotdeauna conservator în ceea ce privește extrapolarea. Cred că putem face predicții că remanierea metabolică pe care o observăm în drojdie, aceleași tipuri de proteine ​​și enzime cheie care sunt implicate în timpul deficitului de fier, sunt susceptibile să urmeze modele similare în celulele umane. "

Majoritatea căilor metabolice primare sunt conservate la nivel molecular de la drojdie la om, a spus Vergara.

Al treilea co-autor al acestei lucrări a fost Sergi Puig, care era postdoctoral în laboratorul Thiele și acum este profesor asistent la Universitatea din Valencia din Spania. Această cercetare a fost finanțată printr-o subvenție din partea Ministerului Spaniol de Educație și Științe și fonduri FEDER din Comunitatea Europeană, o subvenție NIH de la Institutul Național de Științe Medicale Generale și o bursă predoctorală NIH.


Cuprins

Următoarele sunt câteva dintre simptomele foametei:

Modificări ale comportamentului sau stării mentale Edit

Etapele de început ale foametei au un impact asupra stării și comportamentelor mentale. Aceste simptome apar ca stări de spirit iritabile, oboseală, probleme de concentrare și preocupare pentru gândurile alimentare. Persoanele cu aceste simptome tind să fie ușor distrase și nu au energie.

Semne fizice Edit

Pe măsură ce foamea progresează, simptomele fizice se instalează. Momentul acestor simptome depinde de vârstă, dimensiune și starea generală de sănătate. De obicei durează zile până la săptămâni și include slăbiciune, ritm cardiac rapid, respirații superficiale încetinite, sete și constipație. De asemenea, poate exista diaree în unele cazuri. Ochii încep să se scufunde și se sticlă. Mușchii încep să devină mai mici și pierderea mușchilor se instalează. Un semn proeminent la copii este burtica umflată. Pielea se relaxează și devine palidă la culoare și poate apărea umflarea picioarelor și a gleznelor.

Sistem imunitar slăbit Editați

Simptomele înfometării pot apărea, de asemenea, ca un sistem imunitar slăbit, vindecarea lentă a rănilor și un răspuns slab la infecție. Se pot dezvolta erupții pe piele. Organismul direcționează orice nutrienți disponibili pentru a menține funcționarea organelor.

Alte simptome Editați

Alte efecte ale foametei pot include:

Etape ale foamei Edit

Simptomele înfometării apar în trei etape. Faza unu și două pot apărea în oricine omite mesele, dietele și trece prin post. Faza a treia este mai severă, poate fi fatală și rezultă din foamete pe termen lung.

Faza intai: Atunci când mesele sunt omise, organismul începe să mențină nivelul zahărului din sânge, producând glicogen în ficat și descompunând grăsimile și proteinele stocate. Ficatul poate furniza glicogen în primele câteva ore. După aceea, corpul începe să descompună grăsimile și proteinele. Acizii grași sunt folosiți de organism ca sursă de energie pentru mușchi, dar scad cantitatea de glucoză care ajunge în creier. O altă substanță chimică care provine din acizii grași este glicerina. Poate fi folosit ca glucoză pentru energie, dar în cele din urmă se epuizează.

Faza a doua: Faza a doua poate dura până la săptămâni la rând. În această fază, organismul folosește în principal grăsimea stocată pentru energie. Defalcarea are loc în ficat și transformă grăsimea în cetone. După ce postul a durat o săptămână, creierul va folosi aceste cetone și orice rest de glucoză. Utilizarea cetonelor scade nevoia de glucoză, iar organismul încetinește descompunerea proteinelor.

Faza a treia: În acest moment, depozitele de grăsime au dispărut și corpul începe să se îndrepte spre proteine ​​stocate pentru energie. Aceasta înseamnă că trebuie să descompună țesuturile musculare care sunt pline de proteine, mușchii se descompun foarte repede. Proteinele sunt esențiale pentru ca celulele noastre să funcționeze corect și, atunci când se epuizează, celulele nu mai pot funcționa.

Cauza morții din cauza foametei este de obicei o infecție sau rezultatul defectării țesuturilor. Organismul nu este capabil să câștige suficientă energie pentru a combate bacteriile și virușii. Semnele din stadiile finale includ: pierderea culorii părului, descuamarea pielii, umflarea extremităților și burtă umflată. Chiar dacă este posibil să simtă foamea, persoanele aflate în stadiul final al foametei sunt de obicei incapabile să mănânce suficientă mâncare.

Înfometarea este un dezechilibru între consumul de energie și consumul de energie. Corpul cheltuiește mai multă energie decât consumă. Acest dezechilibru poate apărea din una sau mai multe afecțiuni medicale sau situații circumstanțiale, care pot include:

Cauze circumstanțiale

  • Abuz pe copii, bătrâni sau dependenți din orice motiv, cum ar fi conflictele politice și războiul [7] [8]
  • Post excesiv

Cu o dietă tipică bogată în carbohidrați, corpul uman se bazează pe glicemia gratuită ca sursă primară de energie. Glucoza poate fi obținută direct din zaharurile dietetice și prin descompunerea altor carbohidrați. În absența zaharurilor și carbohidraților din dietă, glucoza se obține din descompunerea glicogenului stocat. Glicogenul este o formă de stocare ușor accesibilă a glucozei, stocată în cantități notabile în ficat și mușchiul scheletic.

După epuizarea rezervei de glicogen și pentru următoarele 2-3 zile, acizii grași devin principalul combustibil metabolic. La început, creierul continuă să utilizeze glucoză. Dacă un țesut non-cerebral folosește acizi grași ca combustibil metabolic, utilizarea glucozei în același țesut este oprită. Astfel, atunci când acizii grași sunt defalcați pentru energie, toată glucoza rămasă este pusă la dispoziția creierului pentru a fi utilizată. [ este necesară citarea ]

După 2 sau 3 zile de post, ficatul începe să sintetizeze corpuri cetonice din precursori obținuți în urma descompunerii acizilor grași. Creierul folosește aceste corpuri cetonice drept combustibil, reducându-și astfel necesarul de glucoză. După 3 zile de post, creierul obține 30% din energia sa din corpurile cetonice. După 4 zile, aceasta poate crește la 70% sau mai mult. [9] Astfel, producția de corpuri cetonice reduce necesarul de glucoză al creierului de la 80 g pe zi la 30 g pe zi, aproximativ 35% din normal, cu 65% derivat din corpuri cetonice. Dar din necesarul de 30 g rămas de creier, 20 g pe zi pot fi produse de ficat din glicerol (el însuși un produs al descompunerii grăsimilor). Acest lucru lasă în continuare un deficit de aproximativ 10 g de glucoză pe zi, care trebuie furnizat dintr-o altă sursă, această altă sursă va fi proteina organismului.

După epuizarea depozitelor de grăsimi, celulele din corp încep să descompună proteinele. Aceasta eliberează alanină și lactat produse din piruvat, care pot fi transformate în glucoză de către ficat. Deoarece o mare parte a masei musculare umane este proteină, acest fenomen este responsabil pentru pierderea masei musculare observate în timpul foametei. Cu toate acestea, organismul este capabil să aleagă ce celule vor descompune proteinele și care nu. Aproximativ 2-3 g de proteine ​​trebuie descompuse pentru a sintetiza 1 g de glucoză, aproximativ 20-30 g de proteine ​​sunt descompuse în fiecare zi pentru a produce 10 g de glucoză pentru a menține creierul în viață. Cu toate acestea, acest număr poate scădea cu cât perioada de post este mai lungă, pentru a conserva proteinele.

Înfometarea apare atunci când rezervele de grăsime sunt complet epuizate și proteinele sunt singura sursă de combustibil disponibilă organismului. Astfel, după perioade de înfometare, pierderea proteinelor din organism afectează funcția organelor importante și rezultă moartea, chiar dacă mai sunt rezerve de grăsime. La o persoană mai slabă, rezervele de grăsime se epuizează mai repede, iar proteinele, mai devreme, deci moartea are loc mai repede. [ este necesară citarea ]) În cele din urmă, cauza morții este în general aritmia cardiacă sau stopul cardiac, provocate de degradarea țesuturilor și de dezechilibrele electrolitice. Lucruri precum acidoza metabolică pot ucide, de asemenea, oamenii înfometați. [10]

Înfometarea poate fi cauzată de factori care nu depășesc controlul individului. Declarația de la Roma privind securitatea alimentară mondială evidențiază mai multe politici care vizează creșterea securității alimentare [11] și, în consecință, prevenirea foametei. Acestea includ:

Sprijinirea fermierilor din zonele de insecuritate alimentară prin măsuri precum îngrășăminte și semințe gratuite sau subvenționate crește recolta alimentară și reduce prețurile la alimente. [13]

Pacienții care suferă de foame pot fi tratați, dar acest lucru trebuie făcut cu prudență pentru a evita sindromul de realimentare. [14] Odihna și căldura trebuie asigurate și întreținute. Sorburi mici de apă amestecate cu glucoză trebuie administrate la intervale regulate. Se pot da și sucuri de fructe. Mai târziu, mâncarea poate fi administrată treptat în cantități mici. Cantitatea de alimente poate fi crescută în timp. Proteinele pot fi administrate intravenos pentru a crește nivelul proteinelor serice. [15] Pentru situații mai grave, pot fi utilizate îngrijiri hospice și medicamente pentru opioide.

Organizații Editează

Multe organizații au fost extrem de eficiente în reducerea foametei în diferite regiuni. Agențiile de asistență acordă asistență directă indivizilor, în timp ce organizațiile politice fac presiuni asupra liderilor politici să adopte politici la scară mai largă, care să reducă foametea și să ofere ajutor.

Conform estimărilor Organizației pentru Alimentație și Agricultură, în lume existau 925 milioane de persoane subnutrate sau subnutriți în 2010. [16] Aceasta a reprezentat o scădere față de o estimare de aproximativ 1 miliard de oameni subnutriți în 2009. [17] În 2007, 923 milioane de oameni au fost denumiți subnutriți, o creștere de 80 de milioane din 1990-1992. [18] Se estimează că 820 de milioane de oameni nu au avut suficient de mâncare în 2018, în creștere față de 811 milioane în anul precedent, care este al treilea an de creștere la rând. [19]

Deoarece definițiile persoanelor înfometate și subnutrate sunt diferite, numărul persoanelor înfometate este diferit de cel al celor subnutriți. În general, mult mai puțini oameni mor de foame decât sunt subnutriți.

Proporția oamenilor subnutriți și a celor înfometați în lume a scăzut mai mult sau mai puțin continuu de cel puțin câteva secole. [20] Acest lucru se datorează creșterii ofertei de alimente și creșterii generale a eficienței economice. În 40 de ani, proporția persoanelor subnutrate din lumea în curs de dezvoltare a fost mai mult decât înjumătățită. Proporția persoanelor înfometate a scăzut și mai repede.

An 1970 1980 1990 2004 2007 2009
Proporția oamenilor subnutriți în lumea mai puțin dezvoltată [17] [21] [22] 37 % 28 % 20 % 16 % 17 % 16 %

Din punct de vedere istoric, foametea a fost folosită ca sentință de moarte. De la începutul civilizației până în Evul Mediu, oamenii au fost imurați și au murit din lipsă de hrană.

În societățile antice greco-romane, foametea era uneori folosită pentru a elimina cetățenii vinovați din clasa superioară, în special membrii femeilor greșite din familiile patriciene. În anul 31, Livilla, nepoata și nora lui Tiberius, a murit discret înfometată de mama ei pentru relația sa adulteră cu Sejanus și pentru complicitatea ei la uciderea propriului soț: Drusus cel Tânăr.

O altă nora a lui Tiberiu, pe nume Agrippina cea Bătrână (o nepoată a lui Augustus și mama lui Caligula), a murit și ea de foame, în 33 d.Hr., totuși, nu este clar dacă foamea ei a fost auto-provocată.

Un fiu și fiica lui Agrippina au fost, de asemenea, executați de foame din motive politice. Drusus Caesar, al doilea fiu al ei, a fost pus în închisoare în 33 d.Hr. fiica cea mică a Agrippinei, Julia Livilla, a fost exilată pe o insulă în 41 de unchiul ei, împăratul Claudius, iar moartea ei prin înfometare a fost aranjată de împărăteasa Messalina.

De asemenea, este posibil ca Fecioarele Vestale să fi murit de foame când au fost găsite vinovate că și-au încălcat jurămintele de celibat.

Ugolino della Gherardesca, fiii săi și ceilalți membri ai familiei sale au fost scufundați în Muda, un turn din Pisa și au murit de foame în secolul al XIII-lea. Dante, contemporanul său, a scris despre Gherardesca în capodopera sa Divina Comedie.

În Suedia, în 1317, regele Suediei Birger i-a închis pe cei doi frați pentru o lovitură de stat pe care o organizaseră cu câțiva ani mai devreme (Banchetul Nyköping). Potrivit legendei, au murit de foame câteva săptămâni mai târziu, deoarece fratele lor aruncase cheia închisorii în șanțul castelului.

În Cornwall, în Marea Britanie, în 1671, John Trehenban de la St Columb Major a fost condamnat la moarte de foame într-o cușcă de la Castle An Dinas pentru uciderea a două fete.

Makah, un trib nativ american care locuiește în nord-vestul Pacificului, lângă granița modernă a Canadei și a Statelor Unite, a practicat moartea prin foamete ca o pedeapsă pentru sclavi. [23]

Mulți dintre prizonieri au murit în lagărele de concentrare naziste prin maltratare deliberată, boli, foamete și suprasolicitare sau au fost executați ca fiind improprii pentru muncă. Mulți ocupanți de ghetouri din Europa de Est au murit de foame, de asemenea, în Ghetoul de la Varșovia din Polonia ocupată de germani. Prizonierii au fost transportați în condiții inumane cu vagoane feroviare de marfă, în care mulți au murit înainte de a ajunge la destinație. Prizonierii erau închiși la vagoanele de vite zile sau chiar săptămâni, cu puțină sau deloc hrană sau apă. Mulți au murit de deshidratare în căldura intensă a verii sau au înghețat până la moarte iarna. În 1933 până în 1945, lagărele de concentrare naziste din Europa au subalimentat în mod deliberat prizonierii, care au fost în același timp forțați să efectueze muncă grea. Dieta lor era limitată la supă apoasă de legume și puțină pâine, cu puține sau deloc grăsimi dietetice, proteine ​​sau alți nutrienți esențiali. Un astfel de tratament a dus la pierderea țesuturilor corpului, iar când prizonierii au devenit scheletici, așa-numiții Muselmann au fost uciși de gaz sau gloanțe atunci când au fost examinați de medicii din lagăr.

Înfometarea a fost folosită și ca o pedeapsă în care victimele erau închise într-o celulă mică până la moarte, proces care ar putea dura multe zile. Sfântul Maximilian Kolbe, un frate polonez martirizat, a fost supus unei sentințe de foame în lagărul de concentrare de la Auschwitz în 1941. Zece prizonieri fuseseră condamnați la moarte de foame în urma unei evadări reușite din lagăr. Kolbe s-a oferit voluntar să ia locul unui bărbat cu soție și copii. După două săptămâni de foame, Kolbe și alți trei deținuți au rămas în viață, apoi au fost executați cu injecții de fenol.


Cancerul înfometat prin tăierea alimentelor sale preferate, glucoză și glutamină

Celulele corpului, în special neuronii, adoră glucoza din zahăr. Acesta este motivul pentru care corpul dumneavoastră reglează îndeaproape nivelul de glucoză din sânge. Creierul tău ar muri de foame fără el. Dacă nu consumi suficienți carbohidrați în dieta ta, corpul tău va sintetiza glucoza de care ai nevoie.

Din păcate, cancerul iubește și glucoza. Îi place atât de mult încât celulele canceroase sunt dispuse să ardă prin glucoză cât mai repede posibil, similar cu modul în care celulele musculare ard prin glucoză în timpul exercițiilor riguroase (un proces cunoscut sub numele de glicoliză). De asemenea, celulele canceroase își completează „dieta” cu glutamină, un aminoacid care se găsește în proteine.

Pentru a implementa această schimbare metabolică, celulele canceroase pun mai mulți transportori de glucoză (care importă glucoză) în membranele lor și se bazează pe glutamină pentru a satisface alte cerințe nutriționale. Acest lucru a condus la ipoteza că blocarea importului de glucoză și a metabolismului glutaminei ar putea servi drept arme puternice împotriva cancerului. Cu alte cuvinte, înfometarea celulelor canceroase din alimentele lor preferate ar putea inhiba creșterea tumorii.

Celulele canceroase ale glucozei și glutaminei înfometate

Raportarea în jurnal Biologie chimică celulară, o echipă de cercetători condusă de Elena Reckzeh descrie descoperirea unei noi molecule cu potență ridicată (pe care au numit-o Glutor) care a blocat mai multe soiuri de proteine ​​de transport ale glucozei. Acest lucru este semnificativ deoarece inhibitorii anteriori au avut o potență scăzută și / sau au blocat doar un tip de proteină de transport a glucozei.

Prima imagine descrie mecanismul molecular al strategiei lor chimioterapeutice propuse. Prima parte a strategiei implică tratarea cancerului cu Glutor, care va opri metabolismul glucozei. Într-adevăr, autorii au arătat că 44 de linii de celule canceroase diferite au fost puternic inhibate de Glutor in vitro. Liniile celulare necanceroase nu au fost inhibate.

A doua etapă a strategiei lor implică blocarea unei enzime responsabile de metabolizarea glutaminei. Când tratamentele sunt combinate, ele acționează împreună pentru a suprima creșterea celulelor canceroase. (A se vedea a doua imagine. Regiunea albastră ilustrează sinergia celor două medicamente care acționează concertat.)

Ce înseamnă Discovery

În timp ce această descoperire este cu siguranță foarte interesantă, rămân multe obstacole. De exemplu, chimioterapia are întotdeauna efecte secundare, de obicei datorită țintirii celulelor care se divid rapid. Nu numai celulele canceroase se divid rapid, la fel și celulele imune, celulele stem adulte și celulele foliculilor de păr, printre multe altele. Din aceste motive, oamenii care urmează chimioterapie sunt de obicei imunodeficienți și cheli.

În plus, un comentariu însoțitor de William Katt și colegii săi a indicat că nu există medicamente aprobate de FDA care să vizeze metabolismul glucozei și glutaminei. Acest lucru se datorează faptului că candidații la medicamente anterioare s-au dovedit a fi prea toxici pentru a fi utilizați la om.

Deci, în timp ce caracteristicile Glutor sunt destul de atrăgătoare din punct de vedere farmacologic, mai sunt încă multe de dovedit înainte ca medicamentul să poată fi disponibil pe piață.


Faze de creștere

S-a demonstrat în repetate rânduri că bacteriile cultivate într-un mediu închis - cunoscută și sub numele de cultură în serie - cresc în anumite tipare. Bacteriile se adaptează mai întâi la alimentul mediu sau lichid în care sunt cultivate, în timpul a ceea ce se numește faza de întârziere. Apoi încep să se împartă rapid în ceea ce se numește faza jurnal sau exponențială. Pe măsură ce populația crește, alimentele încep să scadă. Creșterea încetinește până când se aplatizează în ceea ce se numește faza staționară. Pe măsură ce alimentele continuă să fie epuizate, celulele încep să moară și populația scade în timpul a ceea ce se numește faza morții. Transformarea bacteriilor este cea mai eficientă în timpul fazei jurnalului sau a creșterii exponențiale a coloniei.


Pentru studenți și profesori de amperi

Numai pentru profesori

ÎNȚELEGERE DURABILĂ
ENE-1
Organizarea extrem de complexă a sistemelor vii necesită aport constant de energie și schimbul de macromolecule.

OBIECTIVUL DE ÎNVĂȚARE
ENE-1.K
Descrieți procesele care permit organismelor să utilizeze energia stocată în macromoleculele biologice.

ENE-1.L
Explicați cum celulele obțin energie din macromolecule biologice pentru a alimenta funcțiile celulare.

CUNOAȘTERI ESENȚIALE
ENE-1.K.1
Fermentarea și respirația celulară utilizează energia din macromoleculele biologice pentru a produce ATP. Respirația și fermentația sunt caracteristice tuturor formelor de viață.

ENE-1.K.2
Respirația celulară în eucariote implică o serie de reacții coordonate catalizate de enzime care captează energia din macromoleculele biologice.

ENE-1.K.3
Lanțul de transport al electronilor transferă energia din electroni într-o serie de reacții cuplate care stabilesc un gradient electrochimic între membrane & # 8212

  1. Reacțiile în lanț de transport ale electronilor apar în cloroplaste, mitocondrii și membrane plasmatice procariote.
  2. În respirația celulară, electronii furnizați de NADH și FADH2 sunt transmise către o serie de acceptori de electroni în timp ce se îndreaptă către acceptorul terminal de electroni, oxigenul. În fotosinteză, acceptorul terminal de electroni este NADP +. Procariotele aerobe folosesc oxigenul ca acceptor terminal de electroni, în timp ce procariotele anaerobe utilizează alte molecule.
  3. Transferul de electroni este însoțit de formarea unui gradient de protoni peste membrana mitocondrială internă sau membrana internă a cloroplastelor, membrana (membranele) separând o regiune cu concentrație ridicată de protoni de o regiune cu concentrație scăzută de protoni. La procariote, trecerea electronilor este însoțită de mișcarea protonilor peste membrana plasmatică.
  4. Fluxul de protoni înapoi prin ATP sintază legată de membrană prin chemiosmoză conduce la formarea ATP din ADP și fosfat anorganic. Aceasta este cunoscută sub numele de fosforilare oxidativă în respirația celulară și fotofosforilare în fotosinteză.
  5. În respirația celulară, decuplarea fosforilării oxidative de transportul electronilor generează căldură. Această căldură poate fi utilizată de organismele endoterme pentru a regla temperatura corpului.

ENE-1.L.1
Glicoliza este o cale biochimică care eliberează energie în glucoză pentru a forma ATP din ADP și fosfat anorganic, NADH din NAD + și piruvat.

ENE-1.L.2
Piruvatul este transportat de la citosol la mitocondrie, unde are loc o oxidare suplimentară.

ENE-1.L.3
În ciclul Krebs, dioxidul de carbon este eliberat din intermediari organici. ATP este sintetizat din ADP și fosfat anorganic, iar electronii sunt transferați către coenzimele NADH și FADH2.

ENE-1.L.4
Electronii extrasați în glicoliză și reacțiile ciclului Krebs sunt transferate prin NADH și FADH2 către lanțul de transport al electronilor din membrana mitocondrială interioară.

ENE-1.L.5
Când electronii sunt transferați între molecule într-o secvență de reacții pe măsură ce trec prin ETC, se stabilește un gradient electrochimic de protoni (ioni de hidrogen) prin membrana mitocondrială internă.

ENE-1.L.6
Fermentarea permite glicolizei să continue în absența oxigenului și produce molecule organice, inclusiv alcool și acid lactic, ca produse reziduale.

ENE-1.L.7
Conversia ATP în ADP eliberează energie, care este utilizată pentru a alimenta multe procese metabolice.

DECLARAȚIE DE EXCLUDERE

Numele purtătorilor de electroni specifici din lanțul de transport de electroni sunt dincolo de sfera cursului și a examenului AP.

Etapele specifice, numele enzimelor și intermediarii căilor pentru aceste procese sunt dincolo de sfera cursului și a examenului AP.

Memorarea etapelor glicolizei și a ciclului Krebs, precum și a structurilor moleculelor și a numelor enzimelor implicate, depășesc domeniul de aplicare al cursului și al examenului AP.


O idee veche, reînviată: Cancerul de foame până la moarte

La începutul secolului al XX-lea, biochimistul german Otto Warburg credea că tumorile pot fi tratate prin perturbarea sursei lor de energie. Ideea sa a fost respinsă de zeci de ani - până acum.

Credit. Ilustrație foto de Cristiana Couceiro. Fotografie sursă din Getty Images și Wikimedia Commons.

Povestea cercetării moderne a cancerului începe, oarecum improbabil, cu ariciul de mare. În primul deceniu al secolului al XX-lea, biologul german Theodor Boveri a descoperit că, dacă ar fecunda ovulele de arici de mare cu mai degrabă doi spermatozoizi decât unul, unele dintre celule ar avea un număr greșit de cromozomi și nu vor reuși să se dezvolte corect. Era era înainte de genetică modernă, dar Boveri era conștient de faptul că celulele canceroase, precum celulele deformate de arici de mare, aveau cromozomi anormali, indiferent de cauza cancerului, presupunea el, aveau legătură cu cromozomii.

Astăzi, Boveri este sărbătorit pentru că a descoperit originile cancerului, dar un alt om de știință german, Otto Warburg, a studiat ouăle de arici de mare în același timp cu Boveri. Și cercetările sale au fost apreciate ca o descoperire majoră în înțelegerea noastră asupra cancerului. Dar în deceniile următoare, descoperirea lui Warburg ar dispărea în mare parte din narațiunea despre cancer, contribuțiile sale considerate atât de neglijabile încât au fost lăsate cu totul în afara manualelor.

Spre deosebire de Boveri, Warburg nu era interesat de cromozomii ouălor de arici de mare. Mai degrabă, Warburg se concentra asupra energiei, în special asupra modului în care ouăle și-au alimentat creșterea. Când Warburg și-a îndreptat atenția de la celulele de arici de mare către celulele unei tumori de șobolan, în 1923, știa că ouăle de arici de mare și-au crescut semnificativ consumul de oxigen pe măsură ce cresc, așa că se aștepta să vadă o nevoie similară de oxigen suplimentar în tumora de șobolan. În schimb, celulele canceroase și-au alimentat creșterea prin înghițirea unor cantități enorme de glucoză (zahăr din sânge) și descompunerea acesteia fără oxigen. Rezultatul nu avea sens. Reacțiile alimentate cu oxigen sunt un mod mult mai eficient de a transforma alimentele în energie și a existat o mulțime de oxigen disponibil pentru utilizarea celulelor canceroase. But when Warburg tested additional tumors, including ones from humans, he saw the same effect every time. The cancer cells were ravenous for glucose.

Warburg’s discovery, later named the Warburg effect, is estimated to occur in up to 80 percent of cancers. It is so fundamental to most cancers that a positron emission tomography (PET) scan, which has emerged as an important tool in the staging and diagnosis of cancer, works simply by revealing the places in the body where cells are consuming extra glucose. In many cases, the more glucose a tumor consumes, the worse a patient’s prognosis.

In the years following his breakthrough, Warburg became convinced that the Warburg effect occurs because cells are unable to use oxygen properly and that this damaged respiration is, in effect, the starting point of cancer. Well into the 1950s, this theory — which Warburg believed in until his death in 1970 but never proved — remained an important subject of debate within the field. And then, more quickly than anyone could have anticipated, the debate ended. In 1953, James Watson and Francis Crick pieced together the structure of the DNA molecule and set the stage for the triumph of molecular biology’s gene-centered approach to cancer. In the following decades, scientists came to regard cancer as a disease governed by mutated genes, which drive cells into a state of relentless division and proliferation. The metabolic catalysts that Warburg spent his career analyzing began to be referred to as “housekeeping enzymes” — necessary to keep a cell going but largely irrelevant to the deeper story of cancer.

“It was a stampede,” says Thomas Seyfried, a biologist at Boston College, of the move to molecular biology. “Warburg was dropped like a hot potato.” There was every reason to think that Warburg would remain at best a footnote in the history of cancer research. (As Dominic D’Agostino, an associate professor at the University of South Florida Morsani College of Medicine, told me, “The book that my students have to use for their cancer biology course has no mention of cancer metabolism.”) But over the past decade, and the past five years in particular, something unexpected happened: Those housekeeping enzymes have again become one of the most promising areas of cancer research. Scientists now wonder if metabolism could prove to be the long-sought “Achilles’ heel” of cancer, a common weak point in a disease that manifests itself in so many different forms.

There are typically many mutations in a single cancer. But there are a limited number of ways that the body can produce energy and support rapid growth. Cancer cells rely on these fuels in a way that healthy cells don’t. The hope of scientists at the forefront of the Warburg revival is that they will be able to slow — or even stop — tumors by disrupting one or more of the many chemical reactions a cell uses to proliferate, and, in the process, starve cancer cells of the nutrients they desperately need to grow.

Even James Watson, one of the fathers of molecular biology, is convinced that targeting metabolism is a more promising avenue in current cancer research than gene-centered approaches. At his office at the Cold Spring Harbor Laboratory in Long Island, Watson, 88, sat beneath one of the original sketches of the DNA molecule and told me that locating the genes that cause cancer has been “remarkably unhelpful” — the belief that sequencing your DNA is going to extend your life “a cruel illusion.” If he were going into cancer research today, Watson said, he would study biochemistry rather than molecular biology.

“I never thought, until about two months ago, I’d ever have to learn the Krebs cycle,” he said, referring to the reactions, familiar to most high-school biology students, by which a cell powers itself. “Now I realize I have to.”

Born in 1883 into the illustrious Warburg family, Otto Warburg was raised to be a science prodigy. His father, Emil, was one of Germany’s leading physicists, and many of the world’s greatest physicists and chemists, including Albert Einstein and Max Planck, were friends of the family. (When Warburg enlisted in the military during World War I, Einstein sent him a letter urging him to come home for the sake of science.) Those men had explained the mysteries of the universe with a handful of fundamental laws, and the young Warburg came to believe he could bring that same elegant simplicity and clarity to the workings of life. Long before his death, Warburg was considered perhaps the greatest biochemist of the 20th century, a man whose research was vital to our understanding not only of cancer but also of respiration and photosynthesis. In 1931 he won the Nobel Prize for his work on respiration, and he was considered for the award on two other occasions — each time for a different discovery. Records indicate that he would have won in 1944, had the Nazis not forbidden the acceptance of the Nobel by German citizens.

That Warburg was able to live in Germany and continue his research throughout World War II, despite having Jewish ancestry and most likely being gay, speaks to the German obsession with cancer in the first half of the 20th century. At the time, cancer was more prevalent in Germany than in almost any other nation. According to the Stanford historian Robert Proctor, by the 1920s Germany’s escalating cancer rates had become a “major scandal.” A number of top Nazis, including Hitler, are believed to have harbored a particular dread of the disease Hitler and Joseph Goebbels took the time to discuss new advances in cancer research in the hours leading up to the Nazi invasion of the Soviet Union. Whether Hitler was personally aware of Warburg’s research is unknown, but one of Warburg’s former colleagues wrote that several sources told him that “Hitler’s entourage” became convinced that “Warburg was the only scientist who offered a serious hope of producing a cure for cancer one day.”

Although many Jewish scientists fled Germany during the 1930s, Warburg chose to remain. According to his biographer, the Nobel Prize-winning biochemist Hans Krebs, who worked in Warburg’s lab, “science was the dominant emotion” of Warburg’s adult life, “virtually subjugating all other emotions.” In Krebs’s telling, Warburg spent years building a small team of specially trained technicians who knew how to run his experiments, and he feared that his mission to defeat cancer would be set back significantly if he had to start over. But after the war, Warburg fired all the technicians, suspecting that they had reported his criticisms of the Third Reich to the Gestapo. Warburg’s reckless decision to stay in Nazi Germany most likely came down to his astonishing ego. (Upon learning he had won the Nobel Prize, Warburg’s response was, “It’s high time.”)

“Modesty was not a virtue of Otto Warburg,” says George Klein, a 90-year-old cancer researcher at the Karolinska Institute in Sweden. As a young man, Klein was asked to send cancer cells to Warburg’s lab. A number of years later, Klein’s boss approached Warburg for a recommendation on Klein’s behalf. “George Klein has made a very important contribution to cancer research,” Warburg wrote. “He has sent me the cells with which I have solved the cancer problem.” Klein also recalls the lecture Warburg gave in Stockholm in 1950 at the 50th anniversary of the Nobel Prize. Warburg drew four diagrams on a blackboard explaining the Warburg effect, and then told the members of the audience that they represented all that they needed to know about the biochemistry of cancer.

Warburg was so monumentally stubborn that he refused to use the word “mitochondria,” even after it had been widely accepted as the name for the tiny structures that power cells. Instead Warburg persisted in calling them “grana,” the term he came up with when he identified those structures as the site of cellular respiration. Few things would have been more upsetting to him than the thought of Nazi thugs chasing him out of the beautiful Berlin institute, modeled after a country manor and built specifically for him. After the war, the Russians approached Warburg and offered to erect a new institute in Moscow. Klein recalls that Warburg told them with great pride that both Hitler and Stalin had failed to move him. As Warburg explained to his sister: “Ich war vor Hitler da” — “I was here before Hitler.”

Imagine two engines, the one being driven by complete and the other by incomplete combustion of coal,” Warburg wrote in 1956, responding to a criticism of his hypothesis that cancer is a problem of energy. “A man who knows nothing at all about engines, their structure and their purpose may discover the difference. He may, for example, smell it.”

The “complete combustion,” in Warburg’s analogy, is respiration. The “incomplete combustion,” turning nutrients into energy without oxygen, is known as fermentation. Fermentation provides a useful backup when oxygen can’t reach cells quickly enough to keep up with demand. (Our muscle cells turn to fermentation during intense exercise.) Warburg thought that defects prevent cancer cells from being able to use respiration, but scientists now widely agree that this is wrong. A growing tumor can be thought of as a construction site, and as today’s researchers explain it, the Warburg effect opens the gates for more and more trucks to deliver building materials (in the form of glucose molecules) to make “daughter” cells.

If this theory can explain the “why” of the Warburg effect, it still leaves the more pressing question of what, exactly, sets a cell on the path to the Warburg effect and cancer. Scientists at several of the nation’s top cancer hospitals have spearheaded the Warburg revival, in hopes of finding the answer. These researchers, typically molecular biologists by training, have turned to metabolism and the Warburg effect because their own research led each of them to the same conclusion: A number of the cancer-causing genes that have long been known for their role in cell division also regulate cells’ consumption of nutrients.

Craig Thompson, the president and chief executive of the Memorial Sloan Kettering Cancer Center, has been among the most outspoken proponents of this renewed focus on metabolism. In Thompson’s analogy, the Warburg effect can be thought of as a social failure: a breakdown of the nutrient-sharing agreement that single-celled organisms signed when they joined forces to become multicellular organisms. His research showed that cells need to receive instructions from other cells to eat, just as they require instructions from other cells to divide. Thompson hypothesized that if he could identify the mutations that lead a cell to eat more glucose than it should, it would go a long way toward explaining how the Warburg effect and cancer begin. But Thompson’s search for those mutations didn’t lead to an entirely new discovery. Instead, it led him to AKT, a gene already well known to molecular biologists for its role in promoting cell division. Thompson now believes AKT plays an even more fundamental role in metabolism.

The protein created by AKT is part of a chain of signaling proteins that is mutated in up to 80 percent of all cancers. Thompson says that once these proteins go into overdrive, a cell no longer worries about signals from other cells to eat it instead stuffs itself with glucose. Thompson discovered he could induce the “full Warburg effect” simply by placing an activated AKT protein into a normal cell. When that happens, Thompson says, the cells begin to do what every single-celled organism will do in the presence of food: eat as much as it can and make as many copies of itself as possible. When Thompson presents his research to high-school students, he shows them a slide of mold spreading across a piece of bread. The slide’s heading — “Everyone’s first cancer experiment” — recalls Warburg’s observation that cancer cells will carry out fermentation at almost the same rate of wildly growing yeasts.

Just as Thompson has redefined the role of AKT, Chi Van Dang, director of the Abramson Cancer Center at the University of Pennsylvania, has helped lead the cancer world to an appreciation of how one widely studied gene can profoundly influence a tumor’s metabolism. In 1997, Dang became one of the first scientists to connect molecular biology to the science of cellular metabolism when he demonstrated that MYC — a so-called regulator gene well known for its role in cell proliferation — directly targets an enzyme that can turn on the Warburg effect. Dang recalls that other researchers were skeptical of his interest in a housekeeping enzyme, but he stuck with it because he came to appreciate something critical: Cancer cells can’t stop eating.

Unlike healthy cells, growing cancer cells are missing the internal feedback loops that are designed to conserve resources when food isn’t available. They’re “addicted to nutrients,” Dang says when they can’t consume enough, they begin to die. The addiction to nutrients explains why changes to metabolic pathways are so common and tend to arise first as a cell progresses toward cancer: It’s not that other types of alterations can’t arise first, but rather that, when they do, the incipient tumors lack the access to the nutrients they need to grow. Dang uses the analogy of a work crew trying to put up a building. “If you don’t have enough cement, and you try to put a lot of bricks together, you’re going to collapse,” he says.

Metabolism-centered therapies have produced some tantalizing successes. Agios Pharmaceuticals, a company co-founded by Thompson, is now testing a drug that treats cases of acute myelogenous leukemia that have been resistant to other therapies by inhibiting the mutated versions of the metabolic enzyme IDH 2. In clinical trials of the Agios drug, nearly 40 percent of patients who carry these mutations are experiencing at least partial remissions.

Researchers working in a lab run by Peter Pedersen, a professor of biochemistry at Johns Hopkins, discovered that a compound known as 3-bromopyruvate can block energy production in cancer cells and, at least in rats and rabbits, wipe out advanced liver cancer. (Trials of the drug have yet to begin.) At Penn, Dang and his colleagues are now trying to block multiple metabolic pathways at the same time. In mice, this two-pronged approach has been able to shrink some tumors without debilitating side effects. Dang says the hope is not necessarily to find a cure but rather to keep cancer at bay in a “smoldering quiet state,” much as patients treat their hypertension.

Imagine

Warburg, too, appreciated that a tumor’s dependence upon a steady flow of nutrients might eventually prove to be its fatal weakness. Long after his initial discovery of the Warburg effect, he continued to research the enzymes involved in fermentation and to explore the possibility of blocking the process in cancer cells. The challenge Warburg faced then is the same one that metabolism researchers face today: Cancer is an incredibly persistent foe. Blocking one metabolic pathway has been shown to slow down and even stop tumor growth in some cases, but tumors tend to find another way. “You block glucose, they use glutamine,” Dang says, in reference to another primary fuel used by cancers. “You block glucose and glutamine, they might be able to use fatty acids. We don’t know yet.”

Given Warburg’s own story of historical neglect, it’s fitting that what may turn out to be one of the most promising cancer metabolism drugs has been sitting in plain sight for decades. That drug, metformin, is already widely prescribed to decrease the glucose in the blood of diabetics (76.9 million metformin prescriptions were filled in the United States in 2014). In the years ahead, it’s likely to be used to treat — or at least to prevent — some cancers. Because metformin can influence a number of metabolic pathways, the precise mechanism by which it achieves its anticancer effects remains a source of debate. But the results of numerous epidemiological studies have been striking. Diabetics taking metformin seem to be significantly less likely to develop cancer than diabetics who don’t — and significantly less likely to die from the disease when they do.

Near the end of his life, Warburg grew obsessed with his diet. He believed that most cancer was preventable and thought that chemicals added to food and used in agriculture could cause tumors by interfering with respiration. He stopped eating bread unless it was baked in his own home. He would drink milk only if it came from a special herd of cows, and used a centrifuge at his lab to make his cream and butter.

Warburg’s personal diet is unlikely to become a path to prevention. But the Warburg revival has allowed researchers to develop a hypothesis for how the diets that are linked to our obesity and diabetes epidemics — specifically, sugar-heavy diets that can result in permanently elevated levels of the hormone insulin — may also be driving cells to the Warburg effect and cancer.

The insulin hypothesis can be traced to the research of Lewis Cantley, the director of the Meyer Cancer Center at Weill Cornell Medical College. In the 1980s, Cantley discovered how insulin, which is released by the pancreas and tells cells to take up glucose, influences what happens inside a cell. Cantley now refers to insulin and a closely related hormone, IGF-1 (insulinlike growth factor 1), as “the champion” activators of metabolic proteins linked to cancer. He’s beginning to see evidence, he says, that in some cases, “it really is insulin itself that’s getting the tumor started.” One way to think about the Warburg effect, says Cantley, is as the insulin, or IGF-1, signaling pathway “gone awry — it’s cells behaving as though insulin were telling it to take up glucose all the time and to grow.” Cantley, who avoids eating sugar as much as he can, is currently studying the effects of diet on mice that have the mutations that are commonly found in colorectal and other cancers. He says that the effects of a sugary diet on colorectal, breast and other cancer models “looks very impressive” and “rather scary.”

Elevated insulin is also strongly associated with obesity, which is expected soon to overtake smoking as the leading cause of preventable cancer. Cancers linked to obesity and diabetes have more receptors for insulin and IGF-1, and people with defective IGF-1 receptors appear to be nearly immune to cancer. Retrospective studies, which look back at patient histories, suggest that many people who develop colorectal, pancreatic or breast cancer have elevated insulin levels before diagnosis. It’s perhaps not entirely surprising, then, that when researchers want to grow breast-cancer cells in the lab, they add insulin to the tissue culture. When they remove the insulin, the cancer cells die.

“I think there’s no doubt that insulin is pro-cancer,” Watson says, with respect to the link between obesity, diabetes and cancer. “It’s as good a hypothesis as we have now.” Watson takes metformin for cancer prevention among its many effects, metformin works to lower insulin levels. Not every cancer researcher, however, is convinced of the role of insulin and IGF-1 in cancer. Robert Weinberg, a researcher at M.I.T.’s Whitehead Institute who pioneered the discovery of cancer-causing genes in the ’80s, has remained somewhat cool to certain aspects of the cancer-metabolism revival. Weinberg says that there isn’t yet enough evidence to know whether the levels of insulin and IGF-1 present in obese people are sufficient to trigger the Warburg effect. “It’s a hypothesis,” Weinberg says. “I don’t know if it’s right or wrong.”

During Warburg’s lifetime, insulin’s effects on metabolic pathways were even less well understood. But given his ego, it’s highly unlikely that he would have considered the possibility that anything other than damaged respiration could cause cancer. He died sure that he was right about the disease. Warburg framed a quote from Max Planck and hung it above his desk: “A new scientific truth does not triumph by convincing its opponents and making them see the light, but rather because its opponents eventually die.”


Priveste filmarea: Competência: Critérios Determinadores da Competência (Ianuarie 2022).