PIERWSZA KOMÓRKA Niewidzialny świat

Prawdziwa wiedza to świadomość własnej ignorancji1.

Rudolf Virchow w liście do ojca, lata trzydzieste XIX wieku

Powinniśmy być wdzięczni losowi, że Rudolf Virchow miał cichy głos2. Urodził się 13 października 1821 roku na Pomorzu w Prusach, a więc w regionie należącym obecnie do Polski i Niemiec. Jego ojciec Carl był rolnikiem i skarbnikiem miejskim. O matce Johannie Virchow, née Hesse, wiadomo niewiele. Rudolf uczył się pilnie, od wczesnych lat wykazywał się bystrym umysłem, dzięki czemu otrzymał w szkole wiele wyróżnień. Miał niemałe talenty językowe: opanował francuski, arabski i łacinę.

W wieku osiemnastu lat napisał wypracowanie maturalne zatytułowane Życie pełne pracy i znoju to błogosławieństwo, a nie brzemię i zaczął się przygotowywać do wstąpienia do stanu duchownego. Zamierzał zostać pastorem, martwił się jednak, że nie nadaje się do wygłaszania kazań. Inspirowanie wiernych wymagało donośnego głosu, a tym Virchow zdecydowanie nie mógł się pochwalić. Co, jeśli członkowie kongregacji w ogóle nie zdołają go usłyszeć? Dla cichego samotnika lubiącego naukę o wiele lepszym rozwiązaniem wydawała się kariera akademicka. W 1839 roku, po ukończeniu szkoły, Virchow otrzymał stypendium wojskowe i postanowił studiować w Królewskim Instytucie Medycznym w Berlinie.

Świat medycyny dzielił się wówczas na królestwo anatomii i królestwo patologii. Pierwsza z owych dyscyplin rozwijała się całkiem dobrze, druga pozostawała w tyle. Od XVI wieku anatomowie z coraz większą precyzją poznawali i opisywali struktury ludzkiego ciała. Najsłynniejszym z nich był flamandzki uczony Andreas Vesalius3, profesor Uniwersytetu Padewskiego we Włoszech.

Vesalius przyszedł na świat w rodzinie aptekarza, w 1533 roku przeniósł się do Paryża, by studiować chirurgię, lecz specjalizację tę uznał wkrótce za kompletne nieporozumienie. Istniały, co prawda, podręczniki, ale bardzo nieliczne, ponadto nikt nie sporządził jeszcze systematycznej mapy ludzkiego ciała. Większość chirurgów i ich studentów w mniejszym czy większym stopniu odwoływała się do koncepcji anatomicznych sformułowanych przez Galena, rzymskiego lekarza żyjącego w latach 129-216. Traktaty Galena opierały się jednak na badaniach nad zwierzętami, były ewidentnie przestarzałe i pełne błędów.

W obskurnych podziemiach paryskiego Hôtel-Dieu, gdzie przeprowadzano sekcje rozkładających się ludzkich trupów, panowały zaduch i ciemności. Po salach biegały na wpół zdziczałe psy, które tylko czekały, aż coś spadnie ze stołu chirurgicznego. Jedno z tamtejszych pomieszczeń Vesalius nazwał "targiem mięsnym". Profesorowie "siedzieli na wysokich krzesłach i gdakali jak kury"4, a tymczasem ich asystenci na oślep kroili zwłoki, zazwyczaj uszkadzając przy okazji rozmaite narządy, które próbowali wyciągnąć, niczym dzieci rozpruwające pluszową zabawkę.

"Lekarze nawet nie próbowali rozcinać zwłok - pisał rozgoryczony Vesalius. - A tymczasem balwierzom, którym powierzono to zadanie, brakowało wykształcenia niezbędnego, by zrozumieć pisma profesorów anatomii. [...] Siekali narządy, które miały posłużyć studentom medycyny do nauki. Kierowali się jeno ustnymi poleceniami profesorów, skądinąd nierzadko aroganckich. Nauczanie jest tedy zupełnie błędne i całe dnie upływają na pustych dysputach. W tym zamieszaniu student mniej pozna faktów, niż mógłby się nauczyć na targu u rzeźnika". Podsumowywał ponuro: "Nie pokazano mi żadnego mięśnia, nie licząc ośmiu mięśni brzucha - mocno uszkodzonych i w niewłaściwym porządku - ani żadnej kości, a co dopiero układu nerwów, żył czy tętnic".

Sfrustrowany Vesalius uznał, że sam sporządzi mapę anatomiczną, której tak bardzo potrzebował. Regularnie - czasem nawet dwa razy dziennie - odwiedzał kaplice pogrzebowe w pobliżu szpitala w poszukiwaniu zwłok, które następnie taszczył do swojej pracowni. Na paryskim Cmentarzu Niewiniątek nie brakowało otwartych grobów. Leżące w nich zwłoki dawno się już rozłożyły, zostały za to doskonale zachowane szkielety, idealnie nadające się do studiowania. Vesalius zainteresował się też trupami powieszonych skazańców, które oglądał, ilekroć mijał Montfaucon, ogromną, trzykondygnacyjną paryską szubienicę. Zaczął potajemnie kraść stamtąd świeże zwłoki. Ich mięśnie, wnętrzności i nerwy były w znakomitym stanie, mógł zatem rozkrawać je pomału, warstwa po warstwie, aby stopniowo nakreślić mapę ludzkich narządów.

Niezwykle precyzyjne szkice, które stworzył w ciągu następnej dekady, kompletnie odmieniły naukę o anatomii człowieka5. Zdarzało się, że Vesalius kroił mózg w poprzek na kawałki, a sporządzane na tej podstawie rysunki przypominały dzisiejsze tomogramy, uzyskane dzięki komputerowej tomografii osiowej. Szkicował przebieg naczyń krwionośnych, przedstawiał mięśnie rozkrojone na płaty, dzięki czemu czytelnik mógł wyobrazić sobie, że zagłębia się w tkankę centymetr po centymetrze.

Przedstawił też przekroje ludzkiego brzucha widzianego od dołu, jak na obrazie Opłakiwanie zmarłego Chrystusa pędzla piętnastowiecznego włoskiego malarza Andrei Mantegni, przywodzące na myśl obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego. Szkice anatomiczne tworzone przez Vesaliusa oraz jego współpracownika, malarza i drukarza Jana van Kalkara, były szczegółowsze i subtelniejsze niż wszystkie, które powstały do tamtej pory. W 1543 roku Vesalius umieścił je w siedmiotomowym dziele zatytułowanym De humani corporis fabrica [Traktat o budowie ciała ludzkiego]6. Odrzucał mistycyzm: ciało było dla niego materią, składało się z określonych tkanek, duch nie grał tu żadnej roli. Dlatego właśnie De humani corporis fabrica to po części podręcznik medycyny, zawierający blisko siedemset ilustracji, po części zaś rozprawa naukowa, opatrzona mapami i diagramami, stanowiąca fundament badań anatomicznych, które prowadzono przez następnych kilka stuleci.

Traf chciał, że w tym samym roku polski astronom Mikołaj Kopernik opublikował swój traktat o "anatomii nieba", monumentalną księgę De revolutionibus orbium coelestium [O obrotach sfer niebieskich]7. Przedstawiona w niej mapa służyła wykazaniu, że to Słońce, a nie Ziemia, stanowi centrum naszego układu planetarnego.

Vesalius tymczasem uczynił anatomię centralnym zagadnieniem medycyny.

Podczas gdy w dziedzinie badań anatomicznych, służących poznawaniu struktur ludzkiego ciała, dokonywały się ogromne postępy, patologia - czyli badanie chorób i ich przyczyn - nie mogła pochwalić się sukcesami. Nikt nie zdołał jej uporządkować, nikt nie sporządził żadnych pomocnych map. Nie powstawały podręczniki patologii dorównujące dziełu Vesaliusa, nie istniała też żadna uniwersalna teoria zdolna wytłumaczyć, skąd biorą się choroby. W XVI i XVII wieku uważano, że przyczyną większości z nich są miazmaty, trujące wyziewy pochodzące z zatrutego powietrza lub ze ścieków. Miały one zawierać cząstki rozkładającej się materii, które wnikały do ciała i powodowały proces rozkładu. (Pozostałością tej koncepcji jest nazwa "malaria", powstała z połączenia włoskich słów mala i aria, czyli "złe powietrze").

Pierwsi reformatorzy dążący do poprawy zdrowia publicznego skupiali się zatem na higienie. Przyczynili się do powstania podziemnych systemów kanalizacji pozwalających bezpieczniej usuwać ścieki i odpady, a także do powszechniejszego wyposażania domów i fabryk w systemy wentylacyjne, które zapewniały lepszy obieg powietrza i pomagały pozbyć się chorobotwórczych wyziewów. Problem z teorią miazmatyczną polegał na tym, że wydawała się najzupełniej sensowna. W epoce szybkiej industrializacji wiele miast nie radziło sobie z napływem ludzi szukających pracy w fabrykach. Powstawały przeludnione, ubogie dzielnice, w których cuchnęło ściekami, a w powietrzu unosił się smog. Właśnie tam najczęściej szalały choroby. Przez gorsze dzielnice Londynu, na przykład East End, gdzie dziś na każdym rogu znajdziemy szykowną restaurację albo sklep z designerskimi sprzętami gospodarstwa domowego, wielokrotnie przetaczały się epidemie cholery i tyfusu plamistego. Szerzyły się także syfilis i gruźlica. Poród budził strach: istniało spore prawdopodobieństwo, że zakończy się śmiercią dziecka, matki lub obojga. W zamożniejszych częściach miasta powietrze było czystsze, a system usuwania ścieków skuteczniejszy, toteż tamtejsi mieszkańcy byli zdrowsi. Tymczasem ludzie ubodzy, nieustannie narażeni na kontakt z miazmatami, chorowali. Wniosek wydawał się prosty: sekretem zdrowia jest higiena, choroby zaś biorą się z nieczystości.

Koncepcja chorobotwórczych wyziewów miała wielu zwolenników, a ponadto stanowiła doskonały argument na rzecz ścisłej segregacji ludzi z bogatych i biednych dzielnic. Mimo to nie pozwalała udzielić odpowiedzi na wiele kłopotliwych pytań. Na przykład dlaczego w dwóch klinikach położniczych w tym samym wiedeńskim szpitalu wskaźniki śmiertelności rodzących kobiet zasadniczo się od siebie różniły?8 Skąd bierze się bezpłodność? Czemu zdrowy młody mężczyzna zapada nagle na chorobę, której objawem jest nieznośny ból stawów?

W wiekach XVIII i XIX lekarze i naukowcy próbowali w usystematyzowany sposób wyjaśnić, skąd biorą się choroby, ale niewiele wskórali. Mnożyły się niesatysfakcjonujące teorie, które ostatecznie sprowadzały się do anatomicznych ogólników. Przekonywano chociażby, że każda choroba wiąże się z dysfunkcją pojedynczego narządu, na przykład wątroby, żołądka lub śledziony, było jednak oczywiste, że koncepcja ta nie wytrzymuje konfrontacji z nieprawdopodobną wręcz różnorodnością schorzeń znanych medycynie. Czy istniał jakiś ukryty mechanizm, ogólna reguła pozwalająca powiązać je wszystkie ze sobą? Być może nie należało poprzestawać na tym, co widać gołym okiem? Może konieczne były badania anatomiczne prowadzone z wykorzystaniem mikroskopu? Osiemnastowieczni chemicy już wcześniej zaczęli orientować się, że rozmaite cechy materii, na przykład łatwopalność wodoru lub płynność wody, wynikają z emergentnych właściwości niewidzialnych cząstek, atomów i molekuł, z których owa materia się składała. Kto wie, może podobna zasada panowała w świecie biologii?

Rudolf Virchow miał zaledwie osiemnaście lat, gdy podjął studia w tak zwanej Pépini?re, "szkółce roślin", czyli, by użyć oficjalnej nazwy, w Królewskim Instytucie Medycznym w Berlinie9. Zadaniem instytutu było kształcenie medyków pruskiej armii, co znajdowało odzwierciedlenie w obowiązujących tam zasadach dyscypliny. Studenci musieli poświęcać sześćdziesiąt godzin tygodniowo na wykłady i zajęcia, po nocach zaś powtarzać i zapamiętywać przekazany im materiał. (W Pépini?re lekarze wojskowi często urządzali studentom niezapowiedziane sprawdziany obecności. Jeśli na zajęciach zabrakło choćby jednej osoby, całej grupie wymierzano karę)10. "Pracujemy bez chwili przerwy od szóstej rano do godziny dwudziestej trzeciej, każdego dnia z wyjątkiem niedziel - pisał ponury Virchow w liście do ojca. - Człowieka szybko ogarnia zmęczenie, wieczorem marzy więc o twardym łóżku. Gdy jednak do niego dotrze, zapada jedynie w półsen i rankiem budzi się niemal tak samo zmęczony jak przed zaśnięciem"11. Codzienna racja żywnościowa składała się z mięsa, ziemniaków i wodnistej zupy. Spało się w małych, pojedynczych izbach. Można by rzec: w komórkach.

Virchow uczył się na pamięć. Zajęcia z anatomii prowadzono całkiem poprawnie - od czasów Vesaliusa mapa ludzkiego ciała była powoli uzupełniana o rozmaite szczegóły, poznane dzięki tysiącom autopsji i wiwisekcji - natomiast patologia i fizjologia nadal nie doczekały się spójnej podstawy teoretycznej. Jak działały narządy? Jakie pełniły funkcje? Co sprawiało, że szwankowały? Zamiast odpowiedzi na te pytania nauka mogła zaoferować jedynie spekulacje. Twierdzenia przedstawiane jako fakty brały się w rzeczywistości z domysłów. Patolodzy od dawna dzielili się na rozmaite szkoły i opowiadali się za różnymi teoriami pochodzenia chorób. Jedni twierdzili, że wszystkiemu winne są miazmaty, czyli chorobotwórcze wyziewy, drudzy przyjmowali za Galenem, że choroba to skutek nierównowagi czterech płynów i półpłynów ciała, zwanych humorami, podczas gdy zdaniem zwolenników psychizmu choroby stanowiły konsekwencję zaburzonych procesów umysłowych. Zanim jednak Virchow zaczął studiować medycynę, większość tego rodzaju teorii odesłano do lamusa bądź stały się one ewidentnie zbyt zawiłe.

W 1843 roku Virchow otrzymał dyplom i zatrudnił się w berlińskim szpitalu Charité, gdzie współpracował z Robertem Friorepem, specjalistą w dziedzinie badań mikroskopowych i kuratorem zbiorów anatomopatologicznych. Wyrwawszy się z zesztywniałego intelektualnie instytutu, zapragnął stworzyć systemowe ujęcie patologii i fizjologii ludzkiego organizmu. Zapoznał się z historią dyscypliny i uznał, że zeszła ona na manowce. "Istnieje pilna i niezwykle ważna potrzeba lepszego zrozumienia [mikropatologii]", pisał12. Być może specjaliści zajmujący się mikroskopią mieli rację i systemowej teorii nie dało się opracować wyłącznie na podstawie obserwacji prowadzonych gołym okiem. Może niewydolne serce lub marska wątroba to jedynie epifenomeny, skutek dysfunkcji zachodzących na poziomie mikro.

Prowadząc badania historyczne, Virchow szybko natrafił na prace rozmaitych pionierów, którzy zdołali ujrzeć i opisać interesujący go niewidzialny świat. Od końca XVII wieku badacze wiedzieli, że tkanki roślin i zwierząt składają się z żywych struktur zwanych komórkami. Czy to możliwe, że komórka stanowi klucz do poznania tajemnic fizjologii i patologii? Jeśli tak, trzeba było odpowiedzieć na kolejne pytania: jak powstaje i jak działa?

"Prawdziwa wiedza to świadomość własnej ignorancji - pisał Virchow w liście do ojca jeszcze w czasach studenckich. - Luki w mojej wiedzy okrutnie dają mi się we znaki. Właśnie z tego powodu nie ustaję w zgłębianiu kolejnych dziedzin nauki. [...] Wciąż jestem niepewny i niezdecydowany". Zyskawszy porządne wykształcenie medyczne, Virchow poczuł, że wreszcie stanął na twardym gruncie. "Jestem swoim własnym promotorem" - pisał w 1847 roku, dając dowód nowo zdobytej pewności siebie13. Patologia komórkowa nie istniała jeszcze jako osobna dyscyplina, lecz Virchow zamierzał ją stworzyć. Miał już odpowiednie doświadczenie lekarskie i zdążył dobrze poznać historię medycyny, mógł więc zapełnić białe plamy, które tak bardzo go irytowały.

PRZYPISY KOŃCOWE

CZĘŚĆ PIERWSZA

Widzialna komórka

PRELUDIUM "Cząstki elementarne organizmów"

- Elementarna rzecz - powiedział Holmes. - Jest to właśnie jeden z przykładów na to, że człowiek umiejący wyciągać wnioski potrafi wywołać odpowiedni efekt i wywrzeć na swym partnerze niezwykłe wrażenie tylko dlatego, iż ten ostatni nie dostrzegł jakiegoś drobnego faktu, będącego podstawą dedukcji1.

Sir Arthur Conan Doyle, Garbus

Rozmawiali przy kolacji w październikowy wieczór w 1837 roku, gdy za oknem zapadł już zmierzch, a na śródmiejskich ulicach Berlina zapalono latarnie gazowe2. Zachowały się jedynie okruchy wspomnień: żaden z nich nie robił notatek, rozmowa nie stała się asumptem do ożywionej korespondencji naukowej. Ot, dwaj przyjaciele pracujący w tym samym laboratorium, prowadzonym przez Johannesa Müllera, wybitnego fizjologa z Uniwersytetu Berlińskiego, zasiedli do stołu i, jak to mieli w zwyczaju, zaczęli omawiać rozmaite eksperymenty. Sami chyba nie zauważyli, że w pewnym momencie poruszyli nieprawdopodobnie ważny temat.

Matthias Schleiden był botanikiem, choć dawniej studiował prawo. Na jego czole widniała wyraźna, brzydka blizna, piętno stanowiące pozostałość po nieudanej próbie samobójczej. Badał strukturę i rozwój tkanek roślinnych. Od pewnego czasu zajmował się, jak to określał, "kolekcjonowaniem siana" (Heusammelei)3. Pozyskał setki okazów roślin: tulipanów, kiścieni, świerków, traw, orchidei, szałwii, wrzosowców, groszków, lilii. Wielu botaników zazdrościło mu zbiorów4. Jego rozmówca Theodor Schwann trudnił się biologią, miał długie bokobrody i obwisłe policzki. Tamtego wieczora dyskutowali o fitogenezie, czyli o pochodzeniu i rozwoju roślin. W pewnym momencie Schleiden podzielił się z przyjacielem następującym odkryciem: badając zebrane okazy, zaobserwował, że mają "pewne wspólne cechy". Na przykład w miarę jak rozwijały się poszczególne tkanki roślin - tkanki korzeni, liścieni, liści - jedna z wewnątrzkomórkowych struktur, zwana jądrem, stawała się coraz bardziej widoczna. (Schleiden nie wiedział, jaką funkcję pełni jądro, ale potrafił je rozpoznać).

Co bodaj jeszcze bardziej zaskakujące, istniały pewne zasadnicze podobieństwa w zakresie budowy tkanek. Każda część rośliny składała się z autonomicznych, niezależnych cegiełek: komórek. "Komórka prowadzi podwójne życie - pisał rok później Schleiden. - Z jednej strony jest całkowicie niezależna, zajmuje się sobą i swoim rozwojem. Z drugiej strony stanowi zastępowalną cząstkę rośliny"5.

Życie wewnątrz życia. Niezależny żywy twór, jednostka będąca częścią większej całości. Żywy budulec organizmu.

Schwann zastrzygł uszami. On również zaobserwował powiększanie się jąder komórkowych, tyle że w rozwijających się komórkach zwierząt, a konkretnie kijanek. Ponadto, kiedy prowadził badania z użyciem mikroskopu, rzuciły mu się w oczy pewne podobieństwa w budowie tkanek zwierzęcych. Być może cechy, o których mówił Schleiden, były wspólne nie tylko dla roślin, lecz dla wszystkich żywych istot?

W jego głowie zaczęła pomału kiełkować radykalna myśl, która miała na zawsze odmienić dzieje biologii i medycyny. Prawdopodobnie jeszcze tego samego wieczora zaprosił (lub zaciągnął) Schleidena do swojego laboratorium, gdzie trzymał okazy. Schleiden obejrzał kilka preparatów przez okular mikroskopu i przyznał, że struktury rozwijających się tkanek zwierzęcych - w tym wyraźnie widoczne jądro - wyglądają niemal identycznie jak w tkankach roślinnych6.

Zwierzęta i rośliny na pozór diametralnie różnią się od siebie, a mimo to, jak zauważyli Schwann i Schleiden, ich tkanki oglądane pod mikroskopem okazały się zdumiewająco podobne. Przeczucie Schwanna było trafne. Tamtego wieczora w Berlinie dwaj zaprzyjaźnieni naukowcy odkryli uniwersalny i arcyważny fakt: organizmy zwierząt i roślin "wykorzystują ten sam budulec, mianowicie komórki"7.

W 1838 roku Schleiden spisał swoje obserwacje w długim artykule naukowym, zatytułowanym Przyczynek do ludzkiej wiedzy na temat fitogenezy8. Rok później Schwann rozwinął temat, publikując dzieło poświęcone komórkom zwierzęcym. Nosiło ono tytuł Mikroskopische Untersuchungen über die Uebereinstimmung in der Struktur und dem Wachsthum der Thiere und Pflanzen [Mikroskopowe badania nad zgodnością struktur i rozwoju tkanek zwierząt i roślin]. Uczony stawiał tezę, że organizmy zwierzęce i roślinne to "agregaty jednostkowych, całkowicie niezależnych bytów"9.

Dwie przełomowe prace, opublikowane w odstępie dwunastu miesięcy, sprawiły, że cały świat żywych istot został sprowadzony do wspólnego mianownika. Schleiden i Schwann nie byli bynajmniej pierwszymi naukowcami, którzy ujrzeli komórki, ponadto już wcześniej wiedziano, że komórki to podstawowe części składowe żywych organizmów. Wkład obu uczonych w rozwój ludzkiej wiedzy polegał na tym, że postawili tezę o fundamentalnej jedności funkcjonalnej i organizacyjnej wszystkiego, co żyje. Dostrzegli, że - jak pisał Schwann - wszystkie organizmy łączy "wspólna więź"10.

Pod koniec 1838 roku Schleiden wyjechał z Berlina, dostał bowiem posadę na Uniwersytecie w Jenie11. Rok później Schwann przeniósł się do Belgii na Katolicki Uniwersytet w Leuven12. Choć opuścili laboratorium Müllera, nadal się przyjaźnili i często pisali do siebie listy. Podstawy teorii komórkowej stworzyli jednak w Berlinie. Właśnie tam, jak to ujął Schwann, odkryli "cząstki elementarne organizmów".

Niniejsza książka prezentuje historię komórki. Opowiada o tym, jak odkryto, że wszystkie żywe organizmy - w tym ludzie - składają się z podobnych "cząstek elementarnych". O tym, w jaki sposób autonomiczne, żywe komórki współpracują, tworzą tkanki, narządy i układy narządów, a także umożliwiają organizmom wykształcenie niezwykle skomplikowanych cech, na przykład świadomości, zdolności do odczuwania, reprodukcji, regeneracji, naprawy uszkodzeń, walki z patogenami. Zarazem będzie to opowieść o tym, co się dzieje, gdy komórka staje się dysfunkcyjna i gdy z powodu komórkowych patologii prawidłowe działanie organizmu zostaje zakłócone. Zamierzam też odtworzyć dzieje rewolucji w medycynie i naukach biologicznych, która stała się możliwa dzięki temu, że o wiele lepiej zrozumieliśmy fizjologię i patologie komórek. Za sprawą owej rewolucji powstały nowe, przełomowe leki i formy terapii. Opowiem zarówno o nich, jak i o ludziach, których życie odmieniło się pod ich wpływem.

W latach 2017-2021 napisałem trzy artykuły dla czasopisma "New Yorker"13. Pierwszy był poświęcony wykorzystywaniu komórek w medycynie i przyszłości tego rodzaju terapii. Skupiłem się zwłaszcza na stworzeniu zmodyfikowanych limfocytów T zdolnych atakować nowotwory. Drugi tekst prezentował nowy paradygmat w onkologii, który można określić mianem ekologicznego. Zgodnie z owym paradygmatem należy skupiać się na nowotworze in situ, a nie tylko na zezłośliwiałych komórkach, ich cechach i zachowaniach. Należy także ustalić, dlaczego w pewnych zakątkach organizmu komórki nowotworowe odnajdują się wyjątkowo dobrze, a w innych zupełnie sobie nie radzą. Trzeci tekst powstał na początku pandemii COVID-19. Próbowałem w nim wytłumaczyć, co robią wirusy po wtargnięciu do naszych komórek i dlaczego potrafią czynić tak wielkie spustoszenia.

Zastanawiałem się nad wspólnymi wątkami tych artykułów. Każdy z nich dotyczył tak naprawdę komórek i ich modyfikacji. Dotyczył nadchodzącej rewolucji, która całkowicie odmieni medycynę.

Z tego nasiona wyrosły korzenie, łodygi i pnącza książki, którą właśnie czytacie. Każdą opowieść o dziejach badań nad komórkami można zacząć, cofając się do lat sześćdziesiątych i siedemdziesiątych XVII wieku, gdy stroniący od ludzi holenderski kupiec bławatny oraz ekscentryczny angielski polihistor, których domy dzieliło zaledwie trzysta kilometrów, niezależnie od siebie wykorzystali samodzielnie zbudowane mikroskopy i odkryli pierwsze dowody na istnienie cząstek elementarnych życia. Na koniec tej opowieści dotrzemy do teraźniejszości, w której naukowcy potrafią manipulować komórkami macierzystymi i wykorzystywać je w leczeniu przewlekłych, potencjalnie śmiertelnych chorób, takich jak cukrzyca i anemia sierpowata, a także wszczepiać do mózgów elektrody służące stymulowaniu obwodów neuronalnych ludzi cierpiących na bezlitosne choroby układu nerwowego. Znajdziemy się u progu niepewnej przyszłości, w której "niepokorni" naukowcy (jeden z nich trafił na trzy lata do więzienia i dostał dożywotni zakaz przeprowadzania eksperymentów) modyfikują genomy zarodków i przeszczepiają komórki, zacierając tym samym granice między tym, co naturalne, a tym, co sztuczne.

Korzystałem z wielu źródeł: przeprowadzałem wywiady, rozmawiałem z pacjentami, pielęgniarkami i lekarkami, odbywałem dyskusje z moim przyjacielem naukowcem podczas wspólnych spacerów z jego psem, odwiedzałem laboratoria, oglądałem preparaty pod mikroskopem, sięgałem do starych dokumentów, artykułów naukowych i prywatnej korespondencji. Nie zamierzałem jednak pisać ogólnej historii medycyny, nie chciałem też poprzestawać na szczegółowym odtworzeniu narodzin biologii komórkowej - wszystkim zainteresowanym tymi tematami polecam książki The Greatest Benefit to Mankind: A Medical History of Humanity [Największy dar dla ludzkości: historia medycyny] Roya Portera14, The Birth of the Cell [Narodziny komórki] Henry'ego Harrisa15 oraz Müller's Lab [Laboratorium Müllera] Laury Otis. Opowiem za to, w jaki sposób odkrycia dotyczące komórek i ich fizjologii zmieniają medycynę, naukę, biologię oraz nasze społeczeństwa. Na horyzoncie majaczy przyszłość, w której będziemy umieli manipulować komórkami i zmuszać je, aby przybierały nowe formy. Kto wie, może nawet zdołamy stworzyć syntetyczne komórki i tkanki ludzkiego ciała?

Rzecz jasna, każdy autor musi dokonywać wyborów i rezygnować z różnych wątków, w książce będzie zatem wiele luk i białych plam. Biologia komórki jest nierozerwalnie związana z genetyką, patologią, epidemiologią, epistemologią, taksonomią i antropologią. Specjalista zajmujący się jednym konkretnym zagadnieniem, na przykład ekspert, który całe życie poświęcił wybranemu rodzajowi komórek, bez wątpienia napisałby tę książkę zupełnie inaczej. Botanicy, bakteriolodzy i mykolodzy z pewnością wytkną mi, że w niedostatecznym stopniu skupiam się na roślinach, bakteriach i grzybach. Zapuszczenie się w te krainy byłoby jednak niczym wkroczenie do labiryntu, który prowadzi do innych labiryntów. Wiele tematów zdecydowałem się poruszyć nie w głównym tekście, lecz w przypisach. Zachęcam czytelników, aby poświęcili im uwagę[1].

W książce przedstawiam historie wielu pacjentów, w tym również ludzi, których leczyłem osobiście. Jednych wymieniam z imienia, drudzy woleli pozostać anonimowi, usunąłem więc wszelkie szczegóły umożliwiające ich identyfikację. Jestem im wszystkim niewypowiedzianie wdzięczny, gdyż mają odwagę wyruszać w podróż bez mapy. Mimo niepewności zawierzają swoje ciała i umysły nowej, rozwijającej się, eksperymentującej nauce. To dzięki nim na gruncie biologii komórkowej rodzi się zupełnie nowa medycyna, której rozwój obserwuję z podnieceniem niedającym się wyrazić słowami.

Oboje, ty i ja, byliśmy na początku pojedynczą komórką.

Nasze geny różnią się od siebie, aczkolwiek w bardzo nieznacznym procencie. Nasze ciała inaczej się rozwijały, stąd różnice w budowie skóry, włosów, kości, mózgów. Mieliśmy kompletnie różne doświadczenia życiowe. Straciłem dwóch stryjów z powodu choroby psychicznej. Straciłem ojca z powodu ciężkich komplikacji po upadku. Sprawność w jednym z kolan z powodu zmian zwyrodnieniowych. Przyjaciela - wielu przyjaciół - z powodu nowotworów.

Ale choć nasze ciała i nasze doświadczenia różnią się od siebie w nieprawdopodobnym wręcz stopniu, oboje mamy dwie wspólne cechy. Po pierwsze powstaliśmy z jednokomórkowego zarodka. Po drugie ów zarodek podzielił się na niezliczone komórki, z których składa się moje i twoje ciało. Jesteśmy zbudowani z takich samych cegiełek.

Co jest naszym budulcem? Starożytni wierzyli, że człowiek powstaje z krwi menstruacyjnej formowanej przez męskie nasienie. Albo że wewnątrz plemników kryją się w pełni ukształtowane istoty ludzkie, tyle że maleńkie, które z czasem rosną, robią się coraz większe i większe. Jeszcze inny pogląd głosił, że zostaliśmy ulepieni z błota i wody rzecznej. Albo że w łonie przechodzimy stopniową przemianę: zaczynamy jako stworzonko przypominające kijankę, następnie zmieniamy się w twór o rybich ustach, na końcu zaś w istotę ludzką.

Jeśli jednak obejrzysz pod mikroskopem tkanki twojej i mojej skóry, przekonasz się, że wyglądają zdumiewająco podobnie. Uświadomisz sobie, że wszyscy jesteśmy zbudowani z żywych jednostek: komórek. Pierwsza komórka podzieliła się i dała początek kolejnym. One także się dzieliły, dzięki czemu stopniowo powstały wątroba, jelita, mózg - słowem, wszystkie niezwykle skomplikowane elementy architektury twojego i mojego ciała.

Kiedy zdaliśmy sobie sprawę, że człowiek to tak naprawdę zbiór niezależnych, żywych jednostek? I że owe jednostki stanowią podstawę wszystkich funkcji, które potrafi wypełniać organizm? Mówiąc inaczej, kiedy uświadomiliśmy sobie, że fizjologia człowieka sprowadza się w ostatecznym rozrachunku do fizjologii komórkowej? Że choroby, które nas dręczą, są ściśle związane ze zmianami zachodzącymi w komórkach? Że stanowią konsekwencję komórkowej patologii?

Na początek zajmiemy się tymi pytaniami - przy okazji zaś poznamy historię odkrycia, które radykalnie odmieniło biologię, medycynę oraz nasze rozumienie człowieczeństwa.

PRZYPISY KOŃCOWE

CZĘŚĆ PIERWSZA

Pierwsza komórka

WIDZIALNA KOMÓRKA Fikcyjne opowieści o małych zwierzątkach

Po dodaniu części są tylko części.

Świat trzeba mierzyć okiem.

Wallace Stevens

Świat trzeba mierzyć okiem.

Nowoczesna genetyka zawdzięcza narodziny technologom rolniczym. Morawski mnich Gregor Mendel odkrył geny w przyklasztornym ogrodzie w Brnie, gdzie hodował groszki i zapładniał je, przenosząc pyłek pędzelkiem z jednego kwiatu na drugi1. Rosyjski genetyk Nikołaj Wawiłow dokonał wielu niezwykle cennych obserwacji przy okazji badań nad hodowlą zbóż2. Charles Darwin odnotowywał, że zwierzęta poddawane sztucznej selekcji wyraźnie różnią się od innych przedstawicieli swoich gatunków3. Biologia komórkowa również narodziła się dzięki ludziom, którzy z reguły nie mieli wielkich ambicji naukowych i po prostu zajmowali się praktycznymi technologiami i ich udoskonalaniem.

W tym przypadku najważniejsza była sztuka patrzenia, uważnego poznawania świata ludzkim okiem, prowadzenia analiz i dokonywania pomiarów. Na początku XVII wieku dwaj holenderscy optycy, ojciec i syn Hans i Zacharias Janssenowie, znaleźli sposób, by obserwować małe, niedostrzegalne dotąd obiekty: wzięli rurkę i na obu jej końcach umieścili soczewki powiększające4[4]. Mikroskopy dwusoczewkowe nazwano później złożonymi, jednosoczewkowe zaś prostymi. Nigdy by nie powstały, gdyby nie wielowiekowe udoskonalanie sztuki wyrobu szkła i niezliczone innowacje dokonane w świecie arabskim i greckim, a następnie wykorzystane przez rzemieślników z Włoch i Niderlandów. W II wieku przed naszą erą Arystofanes opisywał "płonące kule", czyli szklane cacka sprzedawane na targowiskach, zdolne skupiać promienie światła. Patrząc przez płonącą kulę, widziało się świat w powiększeniu. Soczewki okularów - opracowane, jak przyjęło się uważać, w XII wieku przez włoskiego szklarza Amatiego - to w istocie podobne wyroby, tyle że dopasowane rozmiarem do ludzkiego oka. Jeśli zaś do soczewki przymocowało się uchwyt, otrzymywało się lupę.

Innowacja Janssenów polegała na tym, że połączyli sztukę wyrobu szkła i wiedzę inżynierską. Aby mikroskop działał, dwie idealnie przezroczyste soczewki muszą znaleźć się w odpowiednim położeniu względem siebie. Za ich przesuwanie odpowiadały opracowane przez późniejszych techników i naukowców systemy śrub i kółek zębatych. Dzięki temu uczeni zyskali wkrótce możliwość zajrzenia do niewidzialnego, maleńkiego świata. Ich oczom ukazał się nieznany kosmos, jakże inny od tego, który astronomowie oglądali za pomocą teleskopów.

Jednym z ludzi, którzy nauczyli się obserwować niewidzialny świat, był skryty holenderski kupiec bławatny Antonie van Leeuwenhoek. W latach siedemdziesiątych XVII wieku doszedł do wniosku, że potrzebuje urządzenia, które pozwoli mu starannie analizować jakość i wytrzymałość włókien. Siedemnastowieczne Niderlandy były ważnym i prężnie działającym ośrodkiem globalnego handlu tekstyliami: do tamtejszych portów trafiały ogromne ilości jedwabnych, aksamitnych, wełnianych, bawełnianych i lnianych tkanin pochodzących z kolonii i sprzedawanych następnie w całej Europie5. Leeuwenhoek postanowił wykorzystać pomysł Janssenów i zbudował sobie prosty jednookularowy mikroskop na mosiężnej płytce. Początkowo wykorzystywał go do sprawdzania jakości tkanin, wkrótce jednak zainteresowały go inne obiekty. Jego obsesją stało się oglądanie najróżniejszych płynów i drobinek materii.

26 maja 1675 roku przez Delft przetoczyła się burza. Leeuwenhoek wybrał trochę wody z rynny, odczekał do następnego dnia, następnie zaś umieścił kropelkę pod szkłem jednego ze swoich mikroskopów i przystawił go do światła6. To, co ujrzał, natychmiast wywołało jego zachwyt. Nikt wcześniej nie widział niczego podobnego: w wodzie roiło się od maleńkich organizmów. Holender określił je mianem "zwierzątek". Astronomowie oglądali wszechświat przez teleskopy, podziwiali błękitną poświatę Księżyca, Wenus spowitą chmurami, pierścienie Saturna oraz Marsa malowanego czerwienią - nie zdarzyło się jednak, by ktokolwiek zaobserwował zadziwiający kosmos życia w kropli deszczu. "Ze wszystkich cudów natury, które odkryłem, ten uważam za najwspanialszy - pisał Leeuwenhoek w 1676 roku. - Nic, co widziało moje oko, nie sprawiło mi większej przyjemności niż widok tysięcy żywych istotek w kropelce wody"7[5].

Zapragnął zobaczyć jeszcze więcej, zbudować lepsze narzędzia, które umożliwią mu podziwianie urzekającego, nowego uniwersum, zaczął więc kupować kuleczki wykonane z najlepszego weneckiego szkła i z mozołem polerował je, dopóki nie uzyskał idealnej soczewki. (Wiemy obecnie, że niektóre z jego soczewek powstały dzięki podgrzewaniu szklanej laseczki nad płomieniem. Podgrzewane szkło topiło się i rozciągało, tworzyło długą cienką niteczkę, która po chwili pękała. W miejscu pęknięcia tworzyła się okrągła kuleczka. To właśnie ją Leeuwenhoek mógł następnie wykorzystać jako soczewkę). Soczewki umieszczał na cienkich metalowych płytkach z mosiądzu, srebra lub złota, wyposażonych w coraz precyzyjniejsze systemy śrub pozwalających dostrajać ostrość. Zbudował blisko pięćset takich mikroskopów. Każdy z nich jest istnym cudem rzemieślniczej precyzji.

Czy małe zwierzątka żyły wyłącznie w wodzie deszczowej? Leeuwenhoek poprosił pewnego człowieka, który wybierał się w podróż na wybrzeże, o próbkę wody morskiej w "czystej szklanej butelce". Obejrzał ją pod mikroskopem i znów zobaczył tycie jednokomórkowe organizmy. "Ich ciała były owalne i szare, choć na samym koniuszku przezroczyste"8. W 1676 roku spisał swoje obserwacje i wysłał je do najczcigodniejszego z ówczesnych towarzystw naukowych.

"W roku 1675 odkryłem żywe stworzenia w wodzie deszczowej pozostawionej na kilka dni w nowym glinianym naczyniu - donosił Towarzystwu Królewskiemu w Londynie. - Owe zwierzątka, czy też żywe atomy, poruszały się bez ustanku, wypuszczając do przodu dwie rzęski. [...] Ich korpusy były zaokrąglone, nieco zwężały się ku końcowi zwieńczonemu ogonem, niemal czterokrotnie dłuższym od reszty ciała"9.

Zanim skończyłem pisać powyższy fragment, uświadomiłem sobie, że mnie również dopadła obsesja. Chciałem na własne oczy zobaczyć to, co ujrzał Leeuwenhoek. Z powodu lockdownu żyłem w zawieszeniu, postanowiłem więc, że w ramach szukania sobie nowych zajęć zbuduję własny mikroskop - a przynajmniej coś w tym rodzaju. Zamówiłem metalową płytkę i śrubę, wywierciłem dziurę, umieściłem w niej maleńką soczewkę. Do nowoczesnego mikroskopu miało się to tak, jak wóz ciągnięty przez muła ma się do promu kosmicznego. Nie poddawałem się. Przetestowałem kilkadziesiąt prototypów, aż wreszcie jeden z nich uznałem za całkiem zadowalający. W słoneczne popołudnie umieściłem kropelkę zastałej wody z kałuży na główce pod soczewką i ustawiłem urządzenie w jasnym miejscu.

Nic. Widziałem tylko jakieś mgliste, poruszające się kształty, cienie ze świata duchów. Wszystko rozmazane. Ukłuło mnie rozczarowanie, ale zaraz zacząłem pomału dostrajać ostrość, tak samo jak z pewnością robił to Leeuwenhoek. Podniecenie sprawiało, że przy każdym obrocie śruby robiłem się coraz bardziej spięty, jak gdybym regulował przestrzeń między własnymi kręgami. I nagle zobaczyłem. Kropla stała się ostra, ukazał mi się ukryty w niej świat. Patrzyłem na amebowate organizmy, których nazw nie znałem. Zobaczyłem twór w kształcie spirali oraz okrągłą, ruchliwą, kleksowatą istotkę, otoczoną aureolą najpiękniejszych nitek, jakie kiedykolwiek widziałem. Nie mogłem oderwać od nich wzroku. Komórki.

W 1677 roku Leeuwenhoek zbadał swoje nasienie oraz próbkę spermy otrzymaną od człowieka cierpiącego na rzeżączkę i ujrzał ludzkie plemniki, "zwierzątka genitalne"10. Ruszały się "jak węże lub węgorze pływające w rzece"11. Ale mimo zapału i pracowitości kupiec bławatny narobił sobie kłopotów, nie chciał bowiem, by ktokolwiek - w tym uczeni - studiował budowę jego mikroskopów. Był zbyt podejrzliwy. Naukowcy wysuwali zatem rozmaite zastrzeżenia pod adresem Leeuwenhoeka i często odnosili się doń lekceważąco. Henry Oldenburg, sekretarz Towarzystwa Królewskiego, oczekiwał dodatkowych informacji: "Pragniemy zapoznać się z Pańskimi metodami, aby inni mogli powtórzyć i potwierdzić Pańskie obserwacje"12. Prosił też Leeuwenhoeka o szkice przedstawiające stworzenia ujrzane pod mikroskopem i podkreślał, że spośród około dwustu listów wysłanych przez Holendra do Towarzystwa Królewskiego tylko połowa nadaje się do publikacji, pozostałe nie zawierają bowiem odpowiednio mocnych dowodów na poparcie tego, co zostało opisane, lub nie prezentują zastosowanej metody naukowej. Mimo to Leeuwenhoek nadal migał się od ujawniania komukolwiek tajników budowy swoich mikroskopów i swoich procedur badawczych. "Nie był filozofem ani lekarzem, nie należał do żadnej z wyższych klas społecznych, nie miał za sobą studiów uniwersyteckich, nie znał łaciny, francuskiego ani angielskiego - podkreślał historyk nauki Steven Shapin. - Jego doniesienia [o niezliczonych mikroskopijnych organizmach żyjących w wodzie] wprawiały w zadziwienie ludzi tamtej epoki. Fakt, że Leeuwenhoek był laikiem, dodatkowo umniejszał wiarygodność owych doniesień"13.

Leeuwenhoek jednak najwyraźniej wolał skrytość i z początku cieszył się, że uchodzi za amatora: podobało mu się bycie zwykłym kupcem, który od czasu do czasu prosi przyjaciół, by dostarczyli mu trochę wody morskiej w szklanej butelce. Jedynym potwierdzeniem jego odkryć, wywracających nauki przyrodnicze do góry nogami, było pisemne oświadczenie grupy ośmiu szacownych mieszkańców Delft zaproszonych przez Leeuwenhoeka na demonstrację mikroskopów. Wszyscy zgodnie stwierdzili, że jego instrumenty faktycznie pozwalają ujrzeć "pływające zwierzęta". Establishmentowi naukowemu takie zapewnienia nie wystarczały, co mocno nadszarpnęło reputację Holendra14. Irytowało to Leeuwenhoeka, mimo to niestrudzenie zagłębiał się w świat miniaturowych istotek, których najwyraźniej nikt oprócz niego nie potrafił dostrzec. W 1716 roku pisał, nie kryjąc urazy: "Moje badania, prowadzone przez bardzo długi czas, nie miały na celu zapewnienia mi estymy. [...] Przede wszystkim pragnąłem zaspokoić głód wiedzy, trawiący mnie, jak widzę, intensywniej niż innych"15.

Można powiedzieć, że sam stał się drobną, niewiele znaczącą, niemal niewidzialną istotą. Wkrótce popadł w zapomnienie.

W 1665 roku, prawie dziesięć lat przed opublikowaniem przez Leeuwenhoeka listu zawierającego opis zwierzątek igrających w kropli wody deszczowej, angielski naukowiec i polihistor Robert Hooke również zobaczył komórki16, choć nie były one żywe i z pewnością nie tak różnorodne jak istotki odkryte przez Holendra. Hooke stanowił przeciwieństwo Leeuwenhoeka. Odebrał wykształcenie w Kolegium Wadhama w Oksfordzie, miał rozległe zainteresowania i ogromną, różnorodną wiedzę. Był fizykiem, architektem i matematykiem, prowadził badania z wykorzystaniem teleskopu oraz mikroskopu, ponadto zajmował się sporządzaniem ilustracji naukowych.

Niemałą rolę w świecie nauki odgrywali wówczas ludzie dobrze urodzeni, posiadający źródła niezależnego dochodu, który pozwalał im oddawać się rozmyślaniom o sprawach świata przyrody. Hooke pochodził jednak z ubogiej rodziny. Mógł studiować w Oksfordzie dzięki stypendium, zarabiał, terminując u wybitnego fizyka Roberta Boyle'a. Szybko zapewnił sobie rozgłos. Uchodził za niezwykle oryginalnego myśliciela i znalazł zatrudnienie jako "kurator eksperymentów" w Towarzystwie Królewskim.

Był obdarzony niezwykłą inteligencją, żywą i elastyczną. Ilekroć postanawiał zająć się nową dyscypliną, wkrótce poszerzał jej horyzonty i rzucał nowe światło na różne sprawy i problemy. Pisał dużo na temat mechaniki, optyki i materiałoznawstwa. Po wielkim pożarze Londynu, który we wrześniu 1666 roku w pięć dni strawił osiemdziesiąt procent miasta, Hooke pomagał poważanemu architektowi Christopherowi Wrenowi w prowadzeniu analiz geodezyjnych i odbudowie zniszczonych domów17. Zajmował się też badaniem i klasyfikacją skamieniałości, ponadto zbudował silny teleskop, pozwalający oglądać powierzchnię Marsa.

Na początku lat sześćdziesiątych XVII wieku zajął się mikroskopią. W przeciwieństwie do Leeuwenhoeka korzystał z mikroskopów złożonych. Składały się one z dwóch precyzyjnie oszlifowanych szklanych soczewek umieszczonych po obu końcach ruchomej tulei wypełnionej wodą, dzięki której obraz był klarowniejszy. Jak objaśniał Hooke, "jeśli przystawić obiekt bardzo blisko soczewki, instrument pozwoli zobaczyć go w powiększeniu i uczyni niezwykle wyraźnym, spisze się tedy lepiej niż dowolny mikroskop. Choć instrument taki łatwo wykonać, używanie go nastręcza wielu trudności ze względu na bliskość i niewielkie rozmiary oglądanego obiektu. Aby rozwiązać te dwa problemy, wykorzystałem mosiężną tuleję"18.

W styczniu 1665 roku opublikował książkę zawierającą szczegółowy opis jego eksperymentów i obserwacji, zatytułowaną Micrographia: Or Some Physiological Descriptions of Minute Bodies Made with Magnifying Glasses with Observations and Inquiries Thereupon [Mikrografia: albo opisy fizjologii maleńkich ciał, zaobserwowanych i zbadanych dzięki szkłom powiększającym]. Okazała się prawdziwym hitem. "Jedna z najoryginalniejszych książek, jakie zdarzyło mi się czytać" - pisał pamiętnikarz Samuel Pepys19. Rysunki tycich zwierząt, nigdy nieoglądanych w tak wielkim powiększeniu, zachwycały i przerażały czytelników. Wśród dziesiątek starannych ilustracji znalazły się choćby szkice przedstawiające pchłę, znacznie większą niż w rzeczywistości, a także gigantyczną wesz, której groteskowy, pasożytniczy aparat gębowy zajmował jedną ósmą strony, oraz oko złożone muchy domowej, składające się z niezliczonych fasetek i przypominające maleńki żyrandol20. "Oczy muchy [...] podobne są niemal do koronki", pisał Hooke21. Niekiedy decydował się na nietypowe rozwiązania: przykładowo użył brandy, by odurzyć mrówkę, co pozwoliło mu szczegółowo narysować jej czułki22. Wśród ilustracji przedstawiających pasożyty i szkodniki znalazł się też inny szkic, z pozoru mało ekscytujący, który jednak stał się początkiem cichej rewolucji w naukach biologicznych. Był to przekrój poprzeczny łodygi rośliny - korka - obejrzanej przez Hooke'a pod mikroskopem.

Naukowiec przekonał się, że korek nie jest bynajmniej płaski, monotonny i jednolity. "Wziąłem porządną łodygę - objaśniał czytelnikom - następnie zaś odciąłem kawałek kozikiem zaostrzonym niczym brzytwa, dzięki czemu uzyskałem preparat o wyjątkowo gładkiej powierzchni. Obejrzałem go starannie pod mikroskopem i wkrótce uświadomiłem sobie, że korek jest porowaty"23. Owe pory okazały się niezbyt głębokie. Hooke porównał je do "niezliczonych pudełeczek"24. Słowem, korek składał się z regularnie uporządkowanych wielokątnych struktur, z osobnych, podobnych do siebie jednostek, które przypominały plastry miodu w ulu - albo mnisie izby klasztorne.

Reszta tekstu dostępna w regularnej sprzedaży.

WSTĘP "Zawsze czeka nas powrót do komórki"

Bez względu na wszelkie zakręty i zawroty na koniec zawsze czeka nas powrót do komórki1.

Rudolf Virchow, 1858

W listopadzie 2017 roku patrzyłem, jak mój przyjaciel Sam P. umiera, bo jego komórki zbuntowały się przeciwko ciału2.

Wiosną 2016 roku u Sama wykryto złośliwego czerniaka. Nowotwór przybrał początkowo formę znamienia na policzku, fioletowoczarnego, nie większego od monety, otoczonego odbarwioną obwódką. Clara, matka Sama, zauważyła je po raz pierwszy podczas letnich rodzinnych wakacji na Block Island. Prosiła, żeby syn wybrał się do dermatologa, potem błagała, a nawet posunęła się do gróźb, ale Sam powtarzał, że jest bardzo zajęty. Pracował jako dziennikarz sportowy w dużej gazecie i nie miał czasu martwić się byle znamieniem. Zanim spotkałem się z nim w marcu 2017 roku, żeby je zbadać - nie był moim pacjentem, poprosił mnie o konsultację po znajomości - guz rozrósł się, miał już podłużny kształt i wielkość kciuka. Wiele wskazywało na to, że doszło do przerzutów. Kiedy dotknąłem guza, Sam syknął z bólu.

Rozpoznać zmianę nowotworową to jedno - zupełnie czym innym jest obserwowanie, jak się przemieszcza i rozwija. Czerniak wędrował po twarzy Sama, zmierzał w kierunku ucha. Wystarczyło się uważnie przyjrzeć, by dostrzec, że zostawia za sobą ślad, kilwater w postaci fioletowych kropek.

Nawet Sam, dziennikarz sportowy, który przez całe życie opisywał wyczyny wymagające szybkości i zręczności, był zdumiony dynamiką rozwoju czerniaka. Jak to możliwe, pytał mnie raz po raz - jak? jak? jak? - że komórka skóry, która przez kilkadziesiąt lat funkcjonowała najzupełniej normalnie, nagle zyskała nowe zdolności i zaczęła kolonizować jego twarz, dzieląc się w nieprawdopodobnie szybkim tempie?

Nowotwór nie wypracowuje owych zdolności. Należy raczej powiedzieć, że je sobie przywłaszcza. Mówiąc ściślej, zachodzi tu dobór naturalny i selekcja komórek. Przetrwają te, które najskuteczniej zapewnią sobie dobre warunki do życia i podziału, ponadto zaś będą umiały przemieszczać się w inne zakątki ciała. Komórka nowotworowa wykorzystuje choćby geny i białka, które niegdyś odpowiadały za gwałtowny rozwój nowo powstałego zarodka: bałamuci je i sprawia, że budują wszystko, czego jej potrzeba. Może przemieszczać się po ciele i pokonywać ogromne dystanse, bo robi użytek z mechanizmów wypracowanych przez inne, z natury ruchliwe komórki. Mnoży się w nieskończoność dzięki popsutym, zmutowanym genom, które w zwykłych okolicznościach starannie kontrolowałyby jej podział. Nowotwór to zaburzenie normalnych procesów komórkowych. Jestem onkologiem, więc zajmuję się komórkami - tyle że w przeciwieństwie do większości biologów oglądam je w krzywym zwierciadle.

Późną wiosną 2017 roku Samowi podano lekarstwo, które miało sprawić, że jego limfocyty T zmienią się w armię zdolną stanąć do walki ze zbuntowanymi komórkami. Pomyśl tylko: przez wiele lat, może nawet przez dziesięciolecia, czerniak Sama i jego limfocyty T żyły obok siebie i ignorowały się nawzajem. Układ odpornościowy nie dostrzegał zezłośliwiałej zmiany. Każdego dnia miliony limfocytów T mijały obojętnie czerniaka jak przechodnie, którzy odwracają wzrok, nie chcąc dostrzec katastrofy.

Mój przyjaciel miał nadzieję, że dzięki lekowi, który mu przepisano, nowotwór przestanie być niewidzialny i limfocyty T uznają go za intruza, więc przypuszczą atak, tak samo jak za każdym razem, gdy napotykają komórki zainfekowane przez bakterie. Obojętni przechodnie ocknęliby się i ruszyli do akcji. Modyfikowaliśmy komórki w ciele Sama, żeby ujrzały to, co dotąd było niedostrzegalne.

Odkrycie leku odbierającego nowotworowi niewidzialność stanowiło kulminację niezwykłych postępów dokonujących się w biologii komórkowej od lat pięćdziesiątych XX wieku. Najpierw trzeba było zrozumieć mechanizmy, dzięki którym limfocyty T odróżniają "ja" od "nie-ja", "swoje" od "obcego", zidentyfikować białka wykorzystywane przez układ odpornościowy do wykrywania intruzów, ustalić, w jaki sposób normalne komórki bronią się przed pomyłkowymi atakami limfocytów i jakie rozwiązania stosowane przez normalne komórki są podkradane przez komórki nowotworowe pragnące zapewnić sobie niewykrywalność. Na koniec zaś trzeba było znaleźć cząsteczkę, która im to uniemożliwi. Każde odkrycie stanowiło kolejne piętro wielkiego gmachu, budowanego z mozołem przez wiele lat.

Gdy tylko Sam rozpoczął terapię, w jego ciele rozpętała się wojna domowa. Limfocyty T dostrzegły nagle nowotwór i rzuciły się na zezłośliwiałe komórki. Przemoc rodziła przemoc. Pewnego ranka karmazynowy guz na policzku Sama zaczął go okrutnie piec, bo komórki układu odpornościowego wdarły się do wnętrza i spowodowały stan zapalny. Komórki nowotworowe zwinęły obóz i się wycofały, pozostawiając tylko dogasające ogniska. Kilka tygodni później znów widziałem się z Samem. Podłużne znamię i fioletowe kropki na policzku zniknęły. Ujrzałem jedynie umierające resztki guza, skurczonego do rozmiaru dużej rodzynki. Zaczęła się remisja.

Wypiliśmy kawę, żeby to uczcić. Dobre wieści dały Samowi zastrzyk energii. Po raz pierwszy od wielu tygodni jego twarz nie sprawiała wrażenia stężałej z niepokoju. Znów mógł się śmiać.

Potem jednak sprawy przybrały gorszy obrót. Kwiecień 2017 roku był najokrutniejszym miesiącem: limfocyty T, które atakowały nowotwór, zwróciły się przeciwko wątrobie i wywołały w niej stan zapalny, reakcję autoimmunologiczną, którą z ogromnym trudem udało się opanować za pomocą leków immunosupresyjnych. W październiku odkryliśmy, że zanim stwierdzono remisję, nowotwór zdołał dokonać przerzutów do skóry, mięśni i płuc, poukrywał się w rozmaitych narządach i tam przetrwał szarżę limfocytów.

Sam przyjmował wszystkie zwycięstwa i porażki hardo i z godnością. Jego kostyczny humor wydawał się niekiedy dodatkową formą terapii - odnosiłem wrażenie, że mój przyjaciel zamierza zabić nowotwór jadowitym dowcipem. Pewnego dnia odwiedziłem Sama w redakcji. Miałem obejrzeć kolejne ogniska czerniaka, zaproponowałem więc, abyśmy udali się w ustronne miejsce, na przykład do męskiej toalety. Ale Sam tylko się zaśmiał. "Zanim tam dojdziemy, nowotwór zdąży dokonać nowego przerzutu - powiedział. - Lepiej przyjrzyj mu się od razu, póki wiemy, gdzie siedzi".

Lekarze musieli nieco powściągnąć limfocyty T, aby zapanować nad autoimmunologicznym zapaleniem wątroby. Niestety w rezultacie nowotwór powrócił. Wznowiono zatem immunoterapię - i stan wątroby znów się pogorszył. Miałem wrażenie, że obserwuję rozgrywki sportowe lub walkę zwierząt. Komórki odpornościowe rwały się do ataku. Ilekroć im na to pozwalano, rzucały się bez opamiętania na nowotwór, ale również na wątrobę Sama.

Sam zmarł w zimowy poranek, kilka miesięcy po tym, jak pierwszy raz poprosił mnie o konsultację. Czerniak zwyciężył.

Wietrzne popołudnie, rok 2019, konferencja na Uniwersytecie Pensylwanii w Filadelfii. Znalazłem się w gronie blisko tysiąca naukowców, lekarzy i badaczy, którzy stawili się w audytorium w budynku z kamienia i cegły przy Spruce Street. Mieliśmy omawiać postępy dokonujące się w nowej, ekscytującej dziedzinie medycyny, dyskutować o przeszczepianiu zmodyfikowanych genetycznie komórek w celu leczenia chorób. Program obejmował wystąpienia poświęcone modyfikacjom limfocytów T, nowym wirusom pozwalającym dostarczać do komórek pożądane geny oraz zbliżającym się rewolucyjnym zmianom i przełomowym rozwiązaniom. Gdy słuchałem innych uczestników, zarówno podczas sesji, jak i w kuluarach, ogarnęło mnie wrażenie, że osiągnięto niesamowitą synergię biologii, robotyki, science fiction i alchemii. "Reboot układu odpornościowego". "Terapeutyczna inżynieria komórkowa". "Trwałość przyjmowania się przeszczepionych komórek". Na konferencji królowała przyszłość.

Mimo to teraźniejszość również dawała o sobie znać. Kilka rzędów przede mną siedziała czternastoletnia Emily Whitehead, rok starsza od mojej pierwszej córki. Miała rozczochrane brązowe włosy, ubrała się w żółto-czarny T-shirt i ciemne spodnie. "Ta konferencja to dla Emily dobra okazja, żeby zerwać się ze szkoły", wyjaśnił mi jej ojciec Tom. Dziewczyna się uśmiechnęła.

Siedem lat temu Emily chorowała na białaczkę, była pacjentką nr 7 w Szpitalu Dziecięcym Filadelfii3. Prawie wszyscy obecni na sali znali ją lub o niej słyszeli, odegrała bowiem zasadniczą rolę w wielkim przełomowym wydarzeniu w dziejach terapii komórkowej. W maju 2010 roku u Emily zdiagnozowano ostrą białaczkę limfoblastyczną (acute lymphoblastic leukemia, ALL), jeden z najszybciej rozwijających się nowotworów, często atakujący małe dzieci.

Odpowiedzią jest wyjątkowo intensywny schemat chemioterapii, kombinacja siedmiu lub ośmiu leków. Część z nich podaje się bezpośrednio do płynu mózgowo-rdzeniowego, aby zabić również komórki nowotworowe ukrywające się w mózgu bądź w kręgosłupie. Skutki uboczne bywają okrutne - zaliczają się do nich permanentne odrętwienie palców u nóg i rąk, uszkodzenia mózgu, upośledzenie wzrostu i groźne dla życia infekcje, mimo to w dziewięćdziesięciu procentach przypadków terapia jest skuteczna. Niestety Emily miała pecha. Jej nowotwór okazał się odporny na standardowe leki i po szesnastu miesiącach chemioterapii nastąpił nawrót choroby. Zdecydowano się zatem na przeszczep szpiku kostnego, stanowiący teraz jedyną szansę na wyzdrowienie. Wkrótce pojawił się kolejny problem: szpital nie mógł znaleźć odpowiedniego dawcy. Tymczasem stan dziewczynki ciągle się pogarszał.

"Lekarze mówili mi, żebym nie próbowała szukać w internecie informacji o rokowaniach w takich przypadkach - opowiadała mi Kari, matka Emily. - Więc oczywiście natychmiast odpaliłam Google'a".

Przeraziło ją to, co przeczytała: wczesny lub dwukrotny nawrót choroby niemal zawsze zwiastował śmierć dziecka. Zanim na początku marca 2012 roku Emily została przyjęta do Szpitala Dziecięcego, nowotwór zdążył zaatakować niemal wszystkie narządy. Dziewczynką zajął się onkolog pediatra Stephan Grupp, łagodny, krępy lekarz o ekspresyjnych wąsach. Przeanalizował jej przypadek i postanowił włączyć ją do eksperymentalnego badania klinicznego.

Eksperyment zakładał, że Emily otrzyma wlew z własnymi limfocytami T - tyle że zmodyfikowanymi genetycznie, nauczonymi rozpoznawać i zabijać jej komórki nowotworowe. Zastosowano tu inną metodę niż w przypadku Sama. Mój przyjaciel dostawał specjalne leki, które miały wywołać reakcję układu odpornościowego, natomiast lekarze Emily pobrali limfocyty T z organizmu dziewczynki, zmodyfikowali je w laboratorium i podali pacjentce w formie kroplówki. Pionierami tej formy terapii byli immunolog Michel Sadelain z Instytutu Sloana Ketterina w Nowym Jorku i Carl June z Uniwersytetu Pensylwanii. Obaj opierali się na odkryciach dokonanych wcześniej przez izraelskiego badacza Zeliga Eshhara.

Laboratorium terapii komórkowej znajdowało się kilkaset metrów od budynku, w którym odbywała się konferencja. Pomieszczenia i inkubatory musiały być idealnie sterylne, dostępu do laboratorium broniły więc ciężkie stalowe drzwi. Technicy przetwarzali komórki pobrane od dziesiątek pacjentów uczestniczących w testach klinicznych i umieszczali je w pojemnikach z ciekłym azotem przypominających potężne kadzie. Każdy został nazwany na cześć innej postaci z animowanego serialu Simpsonowie. Część komórek Emily trafiła do pojemnika Klaun Krusty, pozostałe limfocyty T pobrane od dziewczynki zmodyfikowano, aby dochodziło w nich do ekspresji genu pozwalającego rozpoznawać i zabijać komórki jej nowotworu. Następnie limfocyty te zostały rozmnożone w laboratorium, przewiezione z powrotem do szpitala i podane pacjentce.

Wlewy trwały trzy dni. Niewiele się przez ten czas działo. Emily jadła lody na patyku, doktor Grupp obserwował kroplówkę dostarczającą zmodyfikowane komórki do żył pacjentki. Wszystko odbywało się ambulatoryjnie - każdego popołudnia Emily i jej rodzice wracali do domu ciotki mieszkającej niedaleko szpitala. Przez pierwsze dwa dni dziewczynka bawiła się, domagała się, by tata nosił ją na barana. Trzeciego dnia jej stan gwałtownie się pogorszył. Wymiotowała, miała silną gorączkę. Whiteheadowie natychmiast zawieźli ją do szpitala. Niestety sytuacja stawała się coraz poważniejsza. Nerki przestały pracować. Chwilami Emily traciła przytomność, wyglądało na to, że w każdej chwili może dojść do niewydolności wielonarządowej.

"Nikt nie potrafił wyjaśnić objawów", opowiadał mi Tom. Jego sześcioletnia córka trafiła na oddział intensywnej opieki medycznej. Rodzice i Grupp całą noc czuwali przy jej łóżku.

Wspominając tamte wydarzenia, Carl June, lekarz i naukowiec współodpowiedzialny za terapię dziewczynki, nie owijał w bawełnę. "Byliśmy przekonani, że nastąpi zgon. Napisałem e-mail do rektora do spraw naukowych. Informowałem go, że jedno z pierwszych dzieci poddanych eksperymentalnej terapii niedługo umrze. Oznaczało to koniec badania klinicznego. Zapisałem tego maila w wiadomościach roboczych. Nie kliknąłem "wyślij"".

Personel laboratorium pracował przez całą noc, by ustalić przyczynę gorączki. Wykluczyli zakażenie, ale zbadawszy krew Emily, odnotowali wysoki poziom cytokin, cząsteczek świadczących o stanie zapalnym. Uwagę techników zwrócił przede wszystkim poziom cytokiny o nazwie interleukina 6 (IL-6) - jego norma została przekroczona prawie tysiąckrotnie. Gdy limfocyty T zabrały się do zabijania komórek nowotworowych, doprowadziły zarazem do intensywnego wydzielania cytokin, cząsteczek współodpowiedzialnych za wywoływanie stanu zapalnego, pełniących podobną funkcję co ulotki rozdawane na wiecu przez agitatorów, którzy chcą podburzyć tłum.

Szczególnym zrządzeniem losu córka June'a często zmagała się ze stanami zapalnymi, cierpiała bowiem na rzadką młodzieńczą chorobę reumatyczną. Dzięki temu June wiedział o nowym leku blokującym IL-6, który zaledwie cztery miesiące wcześniej został dopuszczony przez Agencję Żywności i Leków. Grupp uznał, że to ostatnia deska ratunku, czym prędzej złożył więc w szpitalnej aptece wniosek o zgodę na zastosowanie leku w sytuacji innej niż przewidziana przez organ regulacyjny. Tego samego wieczora odpowiednia komisja udzieliła mu pozwolenia. Lekarz pospieszył na oddział intensywnej opieki medycznej i podał Emily lek blokujący cytokinę IL-6.

Dwa dni później, w swoje siódme urodziny, Emily odzyskała przytomność. "Bum! - opowiadał doktor June, gwałtownie machając rękami. - Bum! Nowotwór po prostu zniknął. Dwadzieścia trzy dni później wykonaliśmy biopsję szpiku i ustaliliśmy, że nastąpiła całkowita remisja".

"Nigdy wcześniej nie widziałem, żeby tak ciężko chora pacjentka tak szybko wróciła do zdrowia" - mówił mi Grupp.

Niezwykle sprawna reakcja lekarzy i zdumiewające ozdrowienie Emily uratowały nową, eksperymentalną terapię komórkową. Remisja u Emily Whitehead nadal się utrzymuje. We krwi i w szpiku kostnym dziewczynki nie da się znaleźć żadnych śladów nowotworu. Uważa się, że została wyleczona.

"Gdyby Emily umarła, najprawdopodobniej przerwano by badania kliniczne", przyznawał June. Rozwój nowej formy terapii komórkowej zatrzymałby się na co najmniej dziesięć lat.

Podczas jednej z przerw w konferencji wybraliśmy się razem z Emily na oprowadzanie po laboratorium, w którym modyfikowano, testowano i rozmnażano limfocyty T. Naszym przewodnikiem był jego założyciel doktor Bruce Levine, współpracownik June'a. Mieliśmy okazję poprzyglądać się technikom, którzy pracowali osobno lub w parach, odhaczali kolejne punkty procedury i przenosili komórki z jednego inkubatora do drugiego, za każdym razem odkażając dłonie.

Laboratorium było pomnikiem Emily. Na ścianach poprzyklejano jej zdjęcia: ośmioletnia Emily z warkoczykami, dziesięcioletnia Emily trzyma dyplom, dwunastoletnia, bez zęba na przedzie, uśmiecha się, stojąc obok prezydenta Baracka Obamy. W pewnym momencie zobaczyłem, jak prawdziwa Emily wygląda przez okno i patrzy w stronę szpitala po drugiej stronie ulicy. Prawie dawało się stąd dostrzec narożny pokój na oddziale intensywnej opieki medycznej, w którym spędziła kiedyś długi, trudny miesiąc.

Lunęło, po szybie spływały krople deszczu.

Zastanawiałem się, co czuje Emily, funkcjonująca niejako w trzech osobach: nastolatki, która zerwała się ze szkoły, żeby wziąć udział w konferencji naukowej, małej dziewczynki ze zdjęć, która o mało nie umarła na oddziale intensywnej opieki medycznej, a także właścicielki komórek przechowywanych w pomieszczeniu obok, w zamrażarce z etykietką "Klaun Krusty".

- Pamiętasz, jak trafiłaś do szpitala? - spytałem.

- Nie - odparła, wpatrując się w zalaną deszczem ulicę. - Pamiętam tylko, jak z niego wychodziłam.

Rozmyślałem o cofaniu się i nawrotach choroby Sama, a także o niezwykłym wyzdrowieniu Emily Whitehead. W obu przypadkach mogłem obserwować rodzenie się nowej formy medycyny: inżynierii komórkowej. Naukowcy uczyli się, jak wykorzystywać komórki do walki z chorobami, przydzielać im zupełnie nowe funkcje. Zarazem był to po prostu kolejny epizod historii toczącej się od stuleci. Składamy się z komórek. Nasza podatność na choroby jest tak naprawdę konsekwencją rozmaitych słabych stron komórek ludzkiego ciała. Zdolność manipulowania komórkami (w przypadku Sama i Emily komórkami układu odpornościowego) stanowi fundament nowej medycyny, lecz ta pozostaje na razie w powijakach. Może gdybyśmy potrafili skuteczniej uzbroić limfocyty Sama przeciwko czerniakowi - tak żeby nie powodowały autoimmunologicznego zapalenia wątroby - mój przyjaciel nadal by żył. Może chodziłby na mecze ze swoim nieodłącznym notatnikiem na spirali i nadal pisałby artykuły o sporcie.

Dwoje nowych ludzi, dwa przykłady inżynierii komórkowej. W przypadku Emily dostępna naukowcom wiedza na temat praw biologii rządzących limfocytami T najwyraźniej wystarcza, żeby od ponad dziesięciu lat chronić dziewczynkę przed śmiertelną chorobą. Miejmy nadzieję, że nigdy się to nie zmieni. Losy Sama potoczyły się inaczej, bo chyba nadal brakuje nam kluczowego fragmentu układanki i nie odkryliśmy jeszcze, w jaki sposób skłonić limfocyty T, aby atakowały nowotwór, nie uszkadzając zarazem normalnych tkanek organizmu.

Co przyniesie przyszłość? Spróbuję uściślić: w książce wielokrotnie posługuję się sformułowaniem "nowi ludzie". Używam go w bardzo precyzyjnym sensie. Nie mam na myśli "nowych ludzi" z książek i filmów science fiction: ani cyborgów z kamerami na podczerwień zamiast oczu, ani superbohaterów wyposażonych w sztuczną inteligencję, którzy po połknięciu czerwonej pigułki potrafią przeskakiwać między światem realnym a wirtualnym, ani Keanu Reevesa w czarnym płaszczu. Nie chodzi mi też o "transludzi", zyskujących nowe cechy, których obecnie nasz gatunek nie posiada.

Mam na myśli człowieka, którego organizm został naprawiony z wykorzystaniem zmodyfikowanych komórek. Człowiek ten wygląda w zasadzie tak samo jak ja czy ty. Mam na myśli pacjenta z ciężką, lekooporną depresją, którego neurony, czyli komórki nerwowe, są stymulowane przez elektrody. Młodego chłopca po eksperymentalnym przeszczepie szpiku, otrzymującego zmodyfikowane genetycznie komórki, zdolne wyleczyć anemię sierpowatą. Pacjenta z cukrzycą typu 1 czekającego na wlew zawierający jego własne komórki macierzyste, poddane inżynierii genetycznej, które pomogą wytworzyć insulinę i pozwolą odtąd utrzymywać odpowiedni poziom glukozy we krwi. Osiemdziesięciolatkę po kilku zawałach, której lekarze wstrzykują wirusa - nie po to, żeby zrobić jej krzywdę, ale po to, żeby zagnieździł się w wątrobie i trwale obniżył poziom cholesterolu blokującego tętnice, a tym samym zmniejszył ryzyko następnego ataku serca. Mam na myśli mojego ojca, któremu - gdyby tylko medycyna wcześniej dokonała postępu - przeszczepiono by zmodyfikowane neurony bądź zaimplantowano urządzenie stymulujące komórki nerwowe. Może dzięki temu zachowałby większą kontrolę motoryczną i nie doszłoby do upadku, który spowodował jego śmierć.

Tego rodzaju "nowi ludzie", a także technologie, z których korzystają, są moim zdaniem znacznie bardziej fascynujący od wymyślonych postaci ze świata science fiction. Modyfikujemy ich organizmy, aby ulżyć im w cierpieniu. Wykorzystujemy w tym celu technologie opracowywane i udoskonalane dzięki nieprawdopodobnie ciężkiej rzemieślniczej pracy laboratoryjnej, która wymaga wielkiej miłości i pasji. Trudno uwierzyć, jak genialne bywają rozwiązania stosowane przez naukowców. Można na przykład połączyć komórkę odpornościową i nowotworową, aby uzyskać komórkę zupełnie nowego rodzaju, nieśmiertelną i, co więcej, zdolną atakować raka. Można pozyskiwać limfocyty T z organizmu małej dziewczynki i zrobić z nich broń przeciwko białaczce podawaną w postaci kroplówki. W wielu rozdziałach tej książki poznasz nowych ludzi korzystających z takich rozwiązań - a w miarę jak będzie się poszerzała nasza wiedza na temat naprawiania organizmów i narządów za pomocą komórek, ludzi takich coraz częściej będziemy spotykali w prawdziwym świecie: w kawiarniach, supermarketach, na lotniskach i dworcach kolejowych, wśród sąsiadów, a także przy rodzinnym stole. Może będą to twoi kuzyni, dziadkowie, rodzice, rodzeństwo? Może pewnego dnia ty również zostaniesz nowym człowiekiem?

W ciągu niespełna dwóch stuleci - od końca lat trzydziestych XIX wieku, gdy Matthias Schleiden i Theodor Schwann postawili tezę, że wszystkie tkanki zwierzęce i roślinne składają się z komórek, aż do wiosennego dnia, w którym lekarze Emily oficjalnie stwierdzili remisję - biologia i medycyna przeszły całkowitą przemianę. Stało się tak z powodu nowej, radykalnej koncepcji głoszącej, że skomplikowany organizm to w istocie zbiór maleńkich bytów zdolnych do samoregulacji, żywych przegródek, czy też, jak to ujął w 1676 roku holenderski badacz i budowniczy mikroskopów Antonie van Leeuwenhoek, "żywych atomów"4. Człowiek jest ekosystemem komórek. Składamy się z biologicznych pikseli, istniejemy wyłącznie dzięki ich współpracy.

Jesteśmy sumą drobnych części.

Sformułowanie koncepcji ludzkiego organizmu jako ekosystemu komórek sprawiło, że mógł się narodzić zupełnie nowy rodzaj medycyny. Opiera się on na manipulowaniu komórkami w celach terapeutycznych. Złamanie biodra, zatrzymanie krążenia, niedobór odporności, demencja towarzysząca chorobie Alzheimera, AIDS, zapalenie płuc, nowotwór piersi, niewydolność nerek, artretyzm - każde z tych schorzeń możemy potraktować jako skutek niewłaściwego funkcjonowania określonych systemów komórek. Właśnie na owych systemach powinno się koncentrować leczenie.

Wielka transformacja, która dokonała się w medycynie dzięki nowej wiedzy na temat biologii komórkowej, ma cztery główne aspekty.

Pierwszy dotyczy wykorzystywania leków, związków chemicznych lub fizycznej stymulacji w celu modyfikowania cech określonych komórek, ich zachowań lub sposobu, w jaki komunikują się ze sobą i wchodzą w interakcje z innymi komórkami. Za przykład mogą posłużyć antybiotyki przyjmowane po to, by zwalczyć chorobę wywołaną przez bakterie, chemioterapia i immunoterapia w leczeniu nowotworów, wszczepianie do mózgu elektrod, aby wpływać na funkcjonowanie wybranych obwodów neuronalnych.

Po drugie, możemy przeszczepiać komórki z jednego organizmu do drugiego (lub dokonywać przeszczepów autologicznych). Przykładem jest choćby transfuzja krwi, przeszczep szpiku kostnego lub zapłodnienie in vitro.

Po trzecie, potrafimy wykorzystywać komórki do syntezy związków chemicznych (na przykład insuliny) bądź wytwarzania przeciwciał potrzebnych do walki z chorobą.

Ostatnio pojawił się czwarty rodzaj interwencji: genetyczne modyfikowanie komórek i wprowadzanie ich do organizmu w celu uzyskania tkanek bądź narządów mających nowe cechy i właściwości.

Niektóre z przywołanych tu terapii, na przykład przetaczanie krwi lub stosowanie antybiotyków, spowszedniały nam do tego stopnia, że rzadko kiedy myślimy o nich jako o terapiach komórkowych. Mimo to zawdzięczamy je rozwojowi wiedzy na temat biologii komórki (zarazkowa teoria chorób, jak przekonamy się w jednym z następnych rozdziałów, stanowiła rozwinięcie teorii komórkowej). Inne terapie, chociażby wykorzystywanie układu odpornościowego do walki z nowotworami, pojawiły się dopiero w XXI wieku. Jeszcze inne, na przykład podawanie pacjentom zmodyfikowanych komórek macierzystych w celu leczenia cukrzycy, mają obecnie status terapii eksperymentalnych. Zasadniczo jednak w każdym przypadku mówimy o terapii komórkowej. Nowa wiedza na temat biologii komórki nieustannie zmienia medycynę. Zmienia także nasze przekonania odnośnie do tego, co to znaczy być człowiekiem i czym właściwie jest życie.

W 1922 roku czternastoletni chłopiec cierpiący na cukrzycę typu 1 został odratowany ze śpiączki - można powiedzieć, że narodził się na nowo - gdy podano mu insulinę uzyskaną z komórek psiej trzustki. Prawie sto lat później, w roku 2010, Emily Whitehead otrzymała wlew limfocytów CAR-T (limfocytów T z chimerycznymi receptorami antygenowymi)5. Są poszlaki wskazujące na to, że dzięki eksperymentalnej terapii w roku 2022 pierwsi pacjenci z anemią sierpowatą zostali uwolnieni od choroby dzięki zmodyfikowanym genetycznie krwiotwórczym komórkom macierzystym. Nie wystarczy już mówić o epoce genu - równolegle zaczyna się epoka komórki.

Komórka to podstawowa jednostka życia, trzeba jednak zadać sobie poważniejsze pytanie: czym właściwie jest życie? Oto bodaj największy metafizyczny paradoks biologii: nadal nie udało nam się ustalić istoty tego, co stanowi istotę nas samych. Życie nie sprowadza się do tej czy innej cechy. Jak podkreślał ukraiński biolog Serhij Cokołow, "w każdą teorię, hipotezę czy stanowisko wpisana jest jakaś definicja życia pasująca do założeń lub interesów naukowca. Istnieją setki roboczych, zwyczajowych definicji, żadna jednak nie została powszechnie przyjęta"6. (Kłuło to Cokołowa, który niestety umarł przedwcześnie w 2009 roku. Był astrobiologiem, w ramach swoich badań zajmował się szukaniem życia pozaziemskiego - ale jak tego dokonać, jeśli nie wiadomo, czym jest życie?)

Definicji życia nie da się sprowadzić do jednego elementu. Zamiast tego naukowcy, którzy takie definicje układają, wskazują na rozmaite zestawy cech, zachowań bądź procesów. Aby organizm został zaliczony do grona żywych istot, musi się rozwijać, posiadać zdolność reprodukowania się, przeprowadzania metabolizmu i reagowania na bodźce. Musi także zachowywać względnie stałe parametry wewnętrzne. Złożone, wielokomórkowe żywe istoty posiadają też pewne cechy emergentne, a więc takie, które stanowią skutek funkcjonowania systemów komórek7. Mowa na przykład o mechanizmach pozwalających organizmowi naprawiać uszkodzenia lub bronić się przed inwazją patogenów, o wyspecjalizowanych narządach, o systemach komunikacji między narządami, a nawet o świadomości i zdolności odczuwania. Nieprzypadkowo wszystkie te cechy sprowadzają się w ostatecznym rozrachunku do komórek lub systemów komórkowych8. W pewnym sensie można zatem powiedzieć, że życie to posiadanie komórek obdarzonych życiem.

Owa rekursywna definicja wcale nie jest tak absurdalna, jak by się mogło wydawać. Gdyby Cokołow spotkał astrobiologiczną istotę - na przykład kosmitę z ektoplazmy, przybywającego z Alfa Centauri - i chciał ustalić, czy owa istota na pewno żyje, mógłby odwołać się do przedstawionego wyżej zestawu cech charakterystycznych. Ale mógłby też zapytać kosmicznego stwora: "Czy składasz się z komórek?". Trudno wyobrazić sobie życie, które nie spełnia tego warunku. Trudno też wyobrazić sobie komórki, które nie zostały obdarzone życiem.

Zapewne właśnie dlatego historia komórki jest tak ważna: dopóki nie zrozumiemy komórek, dopóty nie zrozumiemy ludzkiego organizmu. Nie zrozumiemy medycyny. Przede wszystkim jednak musimy poznać historię komórki, aby pojąć, czym jest życie i czym jest człowiek.

Zapytajmy zatem, czym właściwie jest komórka. W wąskim tego słowa znaczeniu jest autonomicznym żywym bytem, maszyną odkodowującą geny. Geny to instrukcje budowy białek, czyli cząsteczek odpowiedzialnych za wykonywanie właściwie wszystkich prac wewnątrz komórki. Białka umożliwiają najróżniejsze reakcje chemiczne, koordynują sygnały wewnątrzkomórkowe, stanowią budulec struktur komórki, włączają i wyłączają geny, dzięki czemu przesądzają o tym, że komórka przybiera określoną tożsamość, odpowiadają też za jej metabolizm, rozwój, podział i śmierć. Zasługują na miano najważniejszych robotników świata biologii, molekularnych maszyn życia[2].

Geny zawierające kod budowy białek to odcinki cząsteczki zwanej kwasem deoksyrybonukleinowym (DNA), która przybiera postać podwójnej helisy. W komórkach człowieka DNA jest zorganizowany we włóknowate struktury, czyli chromosomy. Wedle obecnego stanu wiedzy każda żywa komórka posiada DNA (chyba że zostało z niej usunięte). Naukowcy długo szukali komórek, które do przechowywania informacji wykorzystują inną cząsteczkę, na przykład RNA. Jak dotąd na żadną taką komórkę nie natrafiono.

Cząsteczki wewnątrz komórki odczytują fragmenty kodu genetycznego niczym muzycy w orkiestrze, którzy zapoznają się z przydzielonymi im fragmentami partytury - czy też z określonymi partiami pieśni komórki. W ten sposób na podstawie instrukcji zapisanych w genie tworzone jest konkretne białko. Mówiąc prościej: gen jest nośnikiem kodu, a komórka ów kod odczytuje. Przekształca informację w konkretny byt. Gen bez komórki jest martwy. To partytura bez muzyka, zapomniana biblioteka, do której nie zagląda żaden czytelnik. Komórka sprawia, że informacje zawarte w genach są nieustannie wykorzystywane. Ożywia geny.

Zarazem sprowadzanie komórki do maszyny dekodującej informacje zapisane w genach i syntetyzującej białka nie oddaje jej sprawiedliwości. Komórka jest też maszyną integrującą. Wykorzystuje różne kombinacje zbudowanych przez siebie białek (a także ich biochemicznych produktów), aby koordynować swoje działania: przemieszczać się, przeprowadzać metabolizm, wysyłać sygnały, dostarczać składniki odżywcze do innych komórek, tropić ciała obce. Dzięki białkom, które zbudowała, spełnia warunki niezbędne, aby mówić o życiu. Jej funkcjonowanie przekłada się na to, jak działa organizm. Metabolizm organizmu sprowadza się do metabolizmu zachodzącego w jego komórkach. Ta sama zasada ma zastosowanie w przypadku reprodukcji, procesów naprawy, mechanizmów przetrwania, a nawet śmierci. Funkcjonowanie poszczególnych narządów oraz samego ciała jest pochodną funkcjonowania komórek. Życie organizmu jest pochodną życia komórki.

Komórka jest także maszyną zdolną mnożyć się przez podział. Cząsteczki w jej wnętrzu - białka, cóż by innego - inicjują proces kopiowania genomu. Następnie zmienia się wewnętrzna organizacja komórki. Chromosomy, w których przechowywany jest materiał genetyczny, zaczynają się dzielić. Podział komórkowy to zasadniczy element procesów rozwoju, naprawy, regeneracji i reprodukcji. Czyli głównych procesów życiowych.

Komórki towarzyszą mi przez całe życie. Za każdym razem, gdy oglądam je pod mikroskopem - błyszczące, połyskujące, żywe - na nowo czuję dreszcz podniecenia, jak wówczas, gdy ujrzałem je po raz pierwszy. Piątkowe popołudnie, jesień 1993 roku, początek moich studiów podyplomowych z immunologii w laboratorium Alaina Townsenda na Uniwersytecie Oksfordzkim. Zmieliłem mysią śledzionę i rozsmarowałem uzyskaną w ten sposób krwistą zupę na szalce Petriego, następnie dodałem odczynniki mające stymulować podział limfocytów. Wróciłem do mojego preparatu w poniedziałek rano. Oksford zawsze zapewniał mało słoneczną pogodę, więc przed włączeniem mikroskopu nie musiałem zaciągać zasłon, żeby ograniczyć ilość światła w pracowni. (Oto przykład roli, jaką w badaniach naukowych odgrywa klimat. W bezchmurnej Italii uczeni oglądali niebo przez teleskopy, natomiast wiecznie zamglona Anglia idealnie nadawała się do prowadzenia badań mikroskopowych). Umieściłem szkiełko pod obiektywem i chwilę później pośród tkanki ujrzałem skupiska półprzezroczystych, fasolkowatych limfocytów T. Pomyślałem, że jaśnieją wewnętrznym blaskiem, tryskają zdrowiem. (Gdy komórka umiera, kurczy się i ciemnieje, co w biologicznym żargonie określa się mianem pyknozy).

- Oczy, które patrzą prosto na mnie - szepnąłem.

I nagle, ku mojemu zaskoczeniu, limfocyty T poruszyły się - celowo i rozmyślnie, zaczęły bowiem swoim zwyczajem szukać zakażonych komórek, które należało zabić. Były żywe.

Nic więc dziwnego, że wiele lat później z prawdziwym podnieceniem i fascynacją obserwowałem rewolucję w terapii komórkowej. Kiedy po raz pierwszy spotkałem Emily Whitehead w oświetlonym jarzeniówkami korytarzu przed audytorium Uniwersytetu Pensylwanii, poczułem dreszcz. Przeszłość i przyszłość nagle zderzyły się ze sobą: moją pierwszą specjalizacją była immunologia, później studiowałem komórki macierzyste i biologię nowotworów, ostatecznie zaś zostałem lekarzem onkologiem[3]. Emily łączyła wszystkie dyscypliny, którymi zajmowałem się w każdym z tych dawnych żywotów - i którym tysiące badaczy poświęciło tysiące dni i nocy nad tysiącami mikroskopów. Ucieleśniała nasze pragnienie, by poznać najgłębiej skrywane tajemnice komórek, rozwiązać ich nieskończenie intrygujące zagadki. Ucieleśniała też marzenia o nowej medycynie, o terapiach komórkowych, które staną się dostępne, gdy w pełni zrozumiemy fizjologię komórki.

Dreszcz - ale dreszcz strachu, a nie podniecenia - czułem również wówczas, gdy odwiedzałem Sama w szpitalu i gdy patrzyłem, jak tydzień po tygodniu zmaga się z huśtawką nastrojów, zależnie od tego, czy jego stan poprawiał się, czy pogarszał. Z niepokojem myślałem o tym, jak wiele jeszcze pozostaje do odkrycia. Jak wielu rzeczy musimy się nauczyć. Jestem onkologiem, więc zajmuję się komórkami, które zeszły na złą drogę. Komórkami, które mnożą się bez opamiętania i zapuszczają się tam, gdzie nie powinno ich być. Są zaburzone, postępują zupełnie inaczej niż komórki, które będę opisywał w kolejnych rozdziałach. Próbuję zrozumieć, jak to się dzieje, i ustalić przyczyny. Właściwie jestem biologiem komórkowym, tyle że badam świat na opak. Skoro tak, historia komórki nierozerwalnie wiąże się z moim życiem naukowym - ale też z życiem osobistym.

Książkę tę pisałem w gorączkowym tempie od pierwszych miesięcy 2020 roku aż do roku 2022, gdy na całym świecie szalała pandemia COVID-19. W moim szpitalu, w Nowym Jorku, czyli moim przybranym mieście, i w mojej ojczyźnie nieustannie przybywało chorych i zmarłych. Już w lutym 2020 roku oddział intensywnej opieki medycznej Centrum Medycznego Uniwersytetu Columbia, gdzie pracuję, był kompletnie zapełniony. Pacjenci podłączeni do respiratorów topili się z powodu płynu w płucach. Wczesną wiosną wszyscy przeżywaliśmy wyjątkowo ponure chwile. Nowy Jork zmienił się nie do poznania, wiatr hulał w pustych alejach i zaułkach, nieliczni przechodnie uciekali na widok drugiego człowieka. W Indiach najgorsza fala zachorowań przyszła prawie rok później, w kwietniu i maju 2021 roku. Zwłoki trzeba było palić na parkingach, w ciasnych uliczkach, w slumsach, na placach zabaw. Krematoria pracowały w takim tempie, że metalowe kraty, na których kładziono zmarłych, zaczynały się topić.

Na początku pandemii przez pewien czas regularnie chodziłem do pracy, ale potem, kiedy do przychodni onkologicznej zaczęto przyjmować tylko najciężej chore osoby, zostałem odesłany do domu. Ja i moja rodzina żyliśmy w izolacji. Wyglądałem przez okno i znów rozmyślałem o komórkach. Odporność i jej paradoksy. Akiko Iwasaki, immunolożka z uniwersytetu Yale, tłumaczyła mi, że najpoważniejszym problemem powodowanym przez SARS-CoV-2 (drugi koronawirus ciężkiego ostrego zespołu oddechowego) było rozregulowanie układu odpornościowego. Nazwała to "immunologicznym ostrzałem na ślepo"9. Nigdy wcześniej nie słyszałem tego sformułowania, wydało mi się jednak uderzające. Pandemia koronawirusa rozpętała się tak naprawdę za sprawą naszych komórek. Owszem, za wszystkim stał wirus, ale wirusy są bierne, pozbawione życia. Gdyby SARS-CoV-2 nie wykorzystał ludzkiej maszynerii komórkowej, byłby zupełnie nieistotną, martwą cząsteczką. Aby zatem zrozumieć najważniejsze cechy nowej choroby, musieliśmy nie tylko poznać idiosynkrazje wirusa, ale też uważnie przyjrzeć się biologii komórek odpornościowych.

Odnosiłem wrażenie, że bez względu na to, w jakim kierunku wędrują moje myśli, i bez względu na to, co się dzieje w moim życiu, za każdym razem powracam do komórek. Tak naprawdę nie wiem, czy jestem autorem tej książki. Może po prostu domagała się, żeby ktoś ją napisał?

Cesarz wszech chorób był poświęcony desperackim poszukiwaniom leków na nowotwory lub przynajmniej sposobu, aby zapobiegać tym chorobom. W Genie pisałem o staraniach mających na celu odszyfrowanie kodu życia. Pieśń komórek to zupełnie innego rodzaju opowieść, próba zrozumienia, czym jest życie, jeśli przyjrzeć mu się przez pryzmat jego podstawowej jednostki. Nie ma tu wielkiego przeciwnika ani wielkiej zagadki do rozwiązania. Bohaterami książki będą naukowcy, którzy starają się zrozumieć mechanizmy życia i w tym celu studiują anatomię, fizjologię i zachowania komórek, a także ich interakcje z innymi komórkami. Naukowcy, którzy próbują usłyszeć komórkową muzykę, by następnie opracować nowe rodzaje terapii, wykorzystać budulec życia do naprawiania ludzi.

Tym razem nie zdecydowałem się więc na narrację uporządkowaną chronologicznie. Podzieliłem książkę na części poświęcone poszczególnym fundamentalnym cechom, którymi charakteryzują się złożone organizmy. Każda część to historia najważniejszych odkryć dotyczących danej cechy. To próba przedstawienia zasadniczych właściwości każdego żywego organizmu (reprodukcji, autonomii, metabolizmu), których podstawę stanowi określony system komórek. W każdej części opowiadam, w jaki sposób rozwijająca się wiedza na temat komórek pozwoliła opracować nowe metody terapii, na przykład przeszczepianie szpiku kostnego, zapłodnienie pozaustrojowe, terapię genową, głęboką stymulację mózgu, immunoterapię. Piszę też o momentach, w których konieczne stało się krytyczne przemyślenie rozmaitych koncepcji dotyczących budowy i funkcjonowania ludzkiego ciała. Książka jest zatem sumą wielu elementów: historii medycyny i historii osobistej, fizjologii i patologii, przeszłości i przyszłości. Jest także opowieścią o drodze, którą musiałem przejść jako biolog zajmujący się komórkami i jako lekarz. Mówiąc inaczej, jest tworem składającym się z komórek.

Kiedy zimą 2019 roku zabierałem się do pracy, planowałem że zadedykuję książkę Rudolfowi Virchowowi. Virchow, niemiecki lekarz i naukowiec, budził moją fascynację10. Był samotnikiem, spokojnym człowiekiem o nadzwyczaj postępowych poglądach, który na przekór patologiom swojej epoki pozostawał orędownikiem swobody myślenia, opowiadał się za publicznym dostępem do służby zdrowia i gardził rasizmem. Z ogromną pewnością siebie karczował własną, wyjątkową ścieżkę. Zawdzięczamy mu nowe podejście do badania chorób narządów i tkanek, którego podstawą jest analiza dysfunkcji komórek. Określał owo podejście mianem komórkowej teorii chorób11.

Ostatecznie jednak postanowiłem zadedykować książkę dwójce pacjentów: mojemu przyjacielowi, który zdecydował się na nową formę immunoterapii w nadziei, że pozwoli to wyleczyć raka, oraz Emily Whitehead. Dzięki obojgu mogliśmy zyskać nową wiedzę o komórkach i terapii komórkowej. Doświadczyli pierwszych, częściowo udanych, a częściowo nie, prób wykorzystania komórek w terapii chorób. Dlatego właśnie książkę poświęcam im oraz ich komórkom.

PRZYPISY KOŃCOWE

Preludium

Trudno stwierdzić, czy wniosek Schleidena, że wszystkie tkanki roślinne składają się z komórek, został sformułowany jeszcze przed rozmową ze Schwannem, czy też pod wpływem owej rozmowy Schleiden przyjrzał się swoim okazom z innej perspektywy i poczynił nowe obserwacje na temat uniwersalności ich struktur komórkowych. Trzeba jednak pamiętać o dacie kolacji (rok 1837), o tym, że artykuł Schleidena ukazał się krótko później (w 1838 roku), a także o potwierdzonej w źródłach historycznych wizycie w laboratorium Schwanna, podczas której obaj naukowcy omawiali podobieństwa między tkankami zwierzęcymi i roślinnymi. Wszystko to świadczy o tym, że rozmowy ze Schwannem stanowiły dla Schleidena ważny bodziec i odegrały dużą rolę w jego rozważaniach o uniwersalności teorii komórkowej. Ważne też, że obaj naukowcy uważali się za współojców owej teorii, a nie za rywali. Ich dyskusje - na przykład podczas wspólnych kolacji - musiały utwierdzić Schleidena w przekonaniu, że wszystkie tkanki roślinne składają się z komórek.

W przypadku Schwanna nie ma tego rodzaju wątpliwości. Uczony wiele razy podkreślał, że kolacja z 1837 roku była dla niego punktem zwrotnym, i pisał, że pod wpływem rozmowy ze Schleidenem obrał nowy kierunek badawczy. W przemówieniu z 1878 roku przyznawał, że obserwacje przyjaciela na temat rozwoju roślin miały zasadnicze znaczenie dla jego późniejszego odkrycia, że wszystkie tkanki zwierzęce również składają się z komórek.

PRZYPISY

PRZYPISY KOŃCOWE

Wstęp