Šajā emuāra ierakstā mēs aplūkosim, kāpēc vēža šūnas dod priekšroku skābekļa klātbūtnei, un apspriedīsim mūsdienu dzīvības zinātnes interpretācijas par to, vai Varburga efekts ir kanceroģenēzes cēlonis vai ģenētisku mutāciju sekas.
Ir zināms, ka vēža šūnu vielmaiņas procesi atšķiras no normālu šūnu vielmaiņas procesiem. Saskaņā ar Otto Barburga "Barburga efektu" vēža šūnas mēdz izmantot glikolīzi kā galveno enerģijas ieguves mehānismu un kavē oksidatīvo fosforilēšanu, kas ir otra galvenā enerģijas ražošanas metode. Šūnas ražo ATP, sadalot lielas barības vielu molekulas mazākās molekulās, procesu, ko sauc par katabolismu. Turklāt šūnas izmanto tādu augstas enerģijas molekulu kā ATP enerģiju, lai sintezētu makromolekulas, piemēram, olbaltumvielas un nukleīnskābes, no mazām molekulām šūnu augšanai un dalīšanai, procesu, ko sauc par anabolismu.
Lai katabolisma ceļā ražotu ATP, šūnas transportē barības vielas šūnā, un glikoze, kas ir tipiska barības viela, tiek transportēta šūnā un sadalīta mazākās molekulās, izmantojot glikolīzi un oksidatīvo fosforilēšanu. Teorētiski, ja visa vienas glikozes molekulas enerģija tiek pārvērsta ATP, tiek ražoti 36 vai 38 ATP. Divi no šiem ATP tiek ražoti glikolīzes ceļā citoplazmā, bet pārējie - oksidatīvās fosforilēšanas ceļā, galvenokārt mitohondrijos.
Glikolīze un oksidatīvā fosforilēšana atšķiras ne tikai pēc to norises vietas, bet arī pēc nepieciešamajiem apstākļiem. Glikolīzei skābeklis nav nepieciešams, turpretī oksidatīvajai fosforilēšanai tas ir nepieciešams. Tādēļ, ja šūnā trūkst skābekļa, oksidatīvā fosforilēšana nevar notikt un var notikt tikai glikolīze, kas noved pie pienskābes fermentācijas, kurā piruvāts, glikolīzes gala produkts, tiek pārvērsts pienskābē. Šis ir tas pats princips, kas izraisa muskuļu šūnu ražotās pienskābes uzkrāšanos muskuļos, veicot intensīvu fizisko slodzi attiecībā pret kardiorespiratoro kapacitāti. Pienskābes fermentācijas process ir būtisks, lai reproducētu koenzīmu NAD⁺, kas ir nepieciešams glikolīzei, jo no NAD⁺ tiek ražots cits glikolīzes produkts — NADH.
Kad glikolīze sadala vienu glikozes molekulu divos piruvātos, rodas divi NADH molekulas, un oksidatīvās fosforilēšanas ceļā var saražot aptuveni trīs ATP molekulas uz vienu NADH molekulu. Tomēr pienskābi fermentējošās šūnās NADH atgriežas mazāk enerģiskajā NAD⁺ stāvoklī.
Varburga efekts attiecas uz "aerobo glikolīzi" – vielmaiņas procesu, kas raksturīgs vēža šūnām un dod priekšroku glikolīzei, nevis oksidatīvajai fosforilēšanai, pat ar skābekli bagātā vidē. Tā kā vēža šūnas pārveidojas par ļaundabīgām vēža šūnām, kas dalās ātrāk, to atkarība no oksidatīvās fosforilēšanas samazinās un atkarība no glikolīzes palielinās. Turpretī, kad oksidatīvā fosforilēšana tiek aktivizēta, piemēram, ārstējot ar medikamentiem, atkarība no glikolīzes samazinās un atkarība no oksidatīvās fosforilēšanas palielinās. Vēža šūnas, kas veic aerobo glikolīzi, lielāko daļu savas enerģijas ražošanas paļaujas uz neefektīvu glikolīzi, kas rada tikai divus ATP uz vienu glikozes molekulu, tāpēc tās transportē šūnā vairāk glikozes nekā normālas šūnas, un pienskābes ražošana ievērojami palielinās.
Varburga efekta cēlonim ir piedāvāti trīs skaidrojumi. Pirmais skaidrojums ir tāds, ka vēža šūnu straujās augšanas dēļ tās cenšas izmantot anabolisma starpproduktus, lai sintezētu makromolekulas, kas nepieciešamas šūnu augšanai, izmantojot glikolīzi, kā rezultātā lielāka uzmanība tiek pievērsta glikolīzei. Otrais skaidrojums ir tāds, ka, vēža šūnām daloties un palielinot vēža audu apjomu, organisma skābekļa piegāde nevar pietiekami dziļi iekļūt audos, un vēža šūnas ir attīstījušās, lai pielāgotos skābekļa trūkumam vidē. Trešais skaidrojums ir tāds, ka vēža šūnas cenšas novērst savu nāvi, kavējot mitohondriju darbību, neļaujot tām īstenot šūnu pašnāvības programmu, ko var ierosināt mitohondriji.
Barburgs šīs vēža šūnām raksturīgās izmaiņas vielmaiņas procesos interpretēja kā kanceroģenēzes cēloni. Tomēr jaunākie pētījumi liecina, ka kanceroģenēzi galvenokārt izraisa onkogēnu aktivācija un mutācijas vēža nomācošajos gēnos, un ka Barburga efekts tiek saprasts kā šo ģenētisko izmaiņu sekas, nevis tiešs vēža cēlonis.
