What shape are your cells? Squishy cylinders? Jagged zig-zags? You probably don’t think much about the bodies of these building blocks, but at the microscopic level, small changes can have huge consequences. And while some adaptations change these shapes for the better, others can spark a cascade of debilitating complications. This is the story of sickle-cell disease.
Ce formă au celulele tale? De cilindru spongios? Zigzag crestat? Probabil nu te gândești prea mult la anatomia acestor componente, dar la nivel microscopic, schimbările mici pot avea consecințe majore. În timp ce unele adaptări îmbunătățesc aceste forme, altele pot isca o cascadă de complicații debilitante. Aceasta este povestea anemiei falciforme.
Sickle-cell disease affects the red blood cells, which transport oxygen from the lungs to all the tissues in the body. To perform this vital task, red blood cells are filled with hemoglobin proteins to carry oxygen molecules. These proteins float independently inside the red blood cell’s pliable, doughnut-like shape, keeping the cells flexible enough to accommodate even the tiniest of blood vessels. But in sickle cell disease, a single genetic mutation alters the structure of hemoglobin. After releasing oxygen to tissues, these mutated proteins lock together into rigid rows. Rods of hemoglobin cause the cell to deform into a long, pointed sickle. These red blood cells are harder and stickier, and no longer flow smoothly through blood vessels. Sickled cells snag and pile up– sometimes blocking the vessel completely. This keeps oxygen from reaching a variety of cells, causing the wide range of symptoms experienced by people with sickle-cell disease.
Anemia falciformă afectează globulele roșii care transportă oxigen din plămâni către toate țesuturile corpului. Pentru a efectua această sarcină vitală, globulele roșii conțin proteine de hemoglobină pentru a purta moleculele de oxigen. Aceste proteine plutesc individual înăuntrul globulei roșii, cu formă pliabilă, de gogoașă, păstrând celula îndeajuns de flexibilă pentru a putea pătrunde chiar și în cele mai mici vase sanguine. Însă, în anemia falciformă, o singură mutație genetică alterează structura hemoglobinei. După transportarea oxigenului către țesuturi, aceste proteine alterate se adună în rânduri rigide. Tijele de hemoglobină deformează celula într-o seceră lungă și ascuțită. Aceste globule roșii sunt mai tari și mai lipicioase și nu mai curg lin prin vasele sanguine. Celulele seceră se agață și se adună, uneori blocând complet vasul de sânge. Astfel, oxigenul nu mai ajunge la o varietate de celule, cauzând o gamă largă de simptome experimentate de oamenii cu anemie falciformă.
Starting when they’re less than a year old, patients suffer from repeated episodes of stabbing pain in oxygen-starved tissues. The location of the clogged vessel determines the specific symptoms experienced. A blockage in the spleen, part of the immune system, puts patients at risk for dangerous infections. A pileup in the lungs can produce fevers and difficulty breathing. A clog near the eye can cause vision problems and retinal detachment. And if the obstructed vessels supply the brain the patient could even suffer a stroke.
Începând la mai puțin de un an de la naștere, pacienții suferă repetate dureri înțepătoare la nivelul țesuturilor private de oxigen. Amplasarea vasului înfundat determină simptomele specifice simțite. Un blocaj în splină, parte a sistemului imunitar, pune pacienții în pericol de dezvoltare a infecțiilor periculoase. Un blocaj în plămâni poate produce febră și dificultăți respiratorii. Un blocaj în apropierea ochiului poate cauza probleme de vedere și dezlipire de retină. Dacă vasele obstrucționate alimentează creierul, pacientul poate suferi un atac cerebral.
Worse still, sickled red blood cells also don’t survive very long— just 10 or 20 days, versus a healthy cell’s 4 months. This short lifespan means that patients live with a constantly depleted supply of red blood cells; a condition called sickle-cell anemia.
Și mai rău, globulele roșii deformate nu trăiesc foarte mult, doar 10 sau 20 de zile, față de cele patru luni ale unei celule sănătoase. Această scurtă durată de viață înseamnă că pacienții trăiesc cu o insuficiență constantă a cantității de globule roșii; o afecțiune numită anemie falciformă.
Perhaps what’s most surprising about this malignant mutation is that it originally evolved as a beneficial adaptation. Researchers have been able to trace the origins of the sickle cell mutation to regions historically ravaged by a tropical disease called malaria. Spread by a parasite found in local mosquitoes, malaria uses red blood cells as incubators to spread quickly and lethally through the bloodstream.
Probabil cel mai surprinzător lucru despre această mutație e faptul că a evoluat inițial ca o adaptare benefică. Cercetătorii au reușit să identifice originea mutației celulei, la regiuni afectate sever în trecut de o boală tropicală numită malarie. Împrăștiată de un parazit aflat în țânțarii locali, malaria folosește globulele roșii drept incubatoare, pentru a se răspândi rapid și letal prin sistemul circulator.
However, the same structural changes that turn red blood cells into roadblocks also make them more resistant to malaria. And if a child inherits a copy of the mutation from only one parent, there will be just enough abnormal hemoglobin to make life difficult for the malaria parasite, while most of their red blood cells retain their normal shape and function. In regions rife with this parasite, sickle cell mutation offered a serious evolutionary advantage. But as the adaptation flourished, it became clear that inheriting the mutation from both parents resulted in sickle-cell anemia.
Totuși, aceleași modificări structurale ce transformă globulele roșii în bariere, le fac mai rezistente la malarie. Dacă un copil moștenește o copie a mutației de la un părinte, va fi suficientă hemoglobină anormală pentru a îngreuna viața parazitului din malarie, în timp ce majoritatea globulelor roșii își păstrează forma și funcția normală. În regiunile unde abundă acest parazit, anemia falciformă a oferit un avantaj evoluționist semnificativ. Dar pe măsură ce adaptarea s-a răspândit, a devenit clar că moștenirea mutației de la ambii părinți, va rezulta în anemie falciformă.
Today, most people with sickle-cell disease can trace their ancestry to a country where malaria is endemic. And this mutation still plays a key role in Africa, where more than 90% of malaria infections occur worldwide. Fortunately, as this “adaptation” thrives, our treatment for sickle cell continues to improve. For years, hydroxyurea was the only medication available to reduce the amount of sickling, blunting symptoms and increasing life expectancy. Bone marrow transplantations offer a curative measure, but these procedures are complicated and often inaccessible. But promising new medications are intervening in novel ways, like keeping oxygen bonded to hemoglobin to prevent sickling, or reducing the stickiness of sickled cells. And the ability to edit DNA has raised the possibility of enabling stem cells to produce normal hemoglobin. As these tools become available in the areas most affected by malaria and sickle cell disease, we can improve the quality of life for more patients with this adverse adaptation.
Azi, majoritatea oamenilor cu anemie falciformă își pot identifica strămoșii în locuri unde malaria e endemică. Această mutație încă joacă un rol important în Africa, unde apar peste 90% din infecțiile cu malarie din lume. Din fericire, pe măsură ce această „adaptare” crește, tratamentul pentru anemie falciformă continuă să se îmbunătățească. Ani de zile, hidroxiureea a fost singurul medicament disponibil pentru a reduce deformările, a atenua simptomele și a crește speranța de viață. Transplantul de măduvă osoasă oferă un tratament alternativ, dar aceste proceduri sunt complicate și adesea inaccesibile. Dar medicamente promițătoare noi ajută în moduri inedite, precum păstrarea oxigenului legat de hemoglobină pentru a preveni deformarea sau reducerea vâscozității celulelor deformate. Și abilitatea de a edita ADN-ul a permis celulelor stem să producă hemoglobină normală. Pe măsură ce aceste unelte devin disponibile în regiunile cele mai afectate de malarie și anemie falciformă, putem îmbunătăți calitatea vieții pentru mai mulți pacienți cu aceste adaptări adverse.