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.
Kog oblika su vaše ćelije? U obliku mekanih cilindara? Ili u obliku krivudavih linija? Verovatno ne mislite puno o obliku ovih sastavnih delova, ali na mikroskopskom nivou, male promene mogu imati velike posledice. Dok neke adaptacije menjaju ove oblike nabolje, druge mogu pokrenuti lavinu loših komplikacija. Takva je priča o srpastoj anemiji.
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.
Srpasta anemija utiče na crvene krvne ćelije koje transportuju kiseonik od pluća do svih tkiva u telu. Da bi izvršile ovaj bitan zadatak, crvene krvne ćelije su pune proteina hemoglobina kako bi prenele molekule kiseonika. Ovi proteini plutaju nezavisno unutar savitljivih crvenih krvnih ćelija, koje su krofnastog oblika, tako da su ćelije dovoljno fleksibilne da bi se prilagodile čak i najmanjim krvnim sudovima. Ali kod srpaste anemije, jedna genetička mutacija menja strukturu hemoglobina. Nakon što ispusti kiseonik u tkiva, ovi mutirani proteini se vezuju jedan za drugog i formiraju krute nizove. Štapići hemoglobina uzrokuju da se ćelija deformiše u dugački, šiljasti srp. Ova crvena krvna zrnca su čvršća i lepljivija, i ne plutaju više glatko kroz krvne sudove. Srpaste ćelije se kače jedna za drugu i nagomilavaju, a nekada i potpuno blokiraju krvne sudove. Ovo sprečava kiseonik da dođe do raznih ćelija, što uzrokuje širok spektar simptoma koje doživljavaju ljudi oboleli od srpaste anemije.
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.
Počevši od uzrasta ispod godinu dana, pacijenti pate od probadajućih bolova koji se ponavljaju zbog nedostatka kiseonika u tkivima. Mesto začepljenih krvnih sudova određuje specifične simptome koji se mogu doživeti. Blokada u slezini, dela imunog sistema, stavlja pacijente pod rizik od opasnih infekcija. Gomila u plućima može da prouzrokuje povišene temperature i poteškoće sa disanjem. Začepljenje blizu očiju može prouzrokovati probleme sa vidom i ablaciju mrežnice. A ako zakrčeni sudovi snabdevaju mozak,
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.
pacijent bi čak mogao da doživi i moždani udar. Što je još gore, srpasta crvena krvna zrnca ne žive veoma dugo, samo 10 do 20 dana, nasuprot zdravim ćelijama koje žive četiri meseca. Ovaj kratki životni vek znači da pacijenti žive sa konstantno malim brojem crvenih krvnih ćelija;
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.
oboljenjem koje se zove srpasta anemija. Ono što možda najviše iznenađuje u vezi sa ovom zloćudnom mutacijom je to što se prvobitno razvila kao korisna adaptacija. Istraživači su uspeli da uđu u trag poreklu srpaste mutacije u regijama koje su u prošlosti opustošene tropskom bolešću zvanom malarija. Malariju širi parazit nađen u lokalnim komarcima, i ona crvene krvne ćelije koristi kao inkubatore
However, the same structural changes that turn red blood cells into roadblocks
da bi se raširila brzo i smrtonosno kroz krvotok.
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.
Međutim, te iste strukturalne promene koje pretvaraju crvene krvne ćelije u barikade ih takođe čine otpornijim na malariju. I ako dete nasledi kopiju mutacije od samo jednog roditelja, postojaće dovoljno abnormalnog hemoglobina da oteža život malaričnom parazitu, dok većina crvenih krvnih ćelija zadržava svoj normalni oblik i funkciju. U regijama gde je ovaj parazit rasprostranjen, mutacija srpastih ćelija je ponudila ozbiljnu evolutivnu prednost. Ali kako se adaptacija proširivala, postalo je jasno da nasleđivanje mutacije od oba roditelja rezultira srpastom anemijom.
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.
Danas, većina ljudi sa srpastom anemijom može da uđe u trag njihovom poreklu u zemlji gde je malarija endemska. Ova mutacija i dalje igra veliku ulogu u Africi, gde se javlja više od 90% slučajeva infekcija malarijom u svetu. Na sreću, kako ova „adaptacija“ napreduje, terapija za srpastu anemiju nastavlja da se poboljšava. Godinama je hidroksikarbamid bio jedini dostupan lek koji smanjuje količinu srpastih ćelija, ublažava simptome i povećava životni vek. Transpnlatacija koštane srži nudi opciju izlečenja, ali ove procedure su komplikovane i često nedostupne. Ali novi lekovi deluju na nove načine, na primer, održavaju kiseonik vezanim za hemoglobin kako bi sprečili oboljenje, ili smanjuju lepljivost srpastih ćelija. A sposobnost uređivanja DNK je povećala mogućnost da matične ćelije mogu da proizvedu normalan hemoglobin. Kako ove alatke postaju dostupne u oblastima koje su najviše zahvaćene malarijom i srpastom anemijom, možemo poboljšati kvalitet života za više pacijenata koji pate od ove štetne adaptacije.