Tarmmikrobiota kan hjælpe med at forudsige forekomsten af ​​kolorektal cancer

Tarmmikrobiota - populationen af ​​mikrober, der lever i vores tarm - kan bruges til at forudsige forekomsten af ​​kolorektal kræft, den næsthyppigste kræftform hos kvinder og den tredje hos mænd.

Forskning foretaget af et internationalt team af forskere, herunder brasilianere, har fundet en sammenhæng mellem tyktarmskræft og ændringer i tarmmikrobiotamønstre, der ikke afhænger af de undersøgte befolknings kostvaner. Opdagelsen baner vej for udviklingen af ​​ikke-invasive test, der er i stand til at forudsige sygdommens fremkomst.

Undersøgelsen offentliggøres denne mandag, 1. april kl. i tidsskriftet Nature Medicine. Dens første forfatter er Andrew Maltez Thomas, der har en ph.d. i bioinformatik fra University of São Paulo (USP), Brasilien. Thomas blev støttet af São Paulo Research Foundation - FAPESP via et stipendium til forskningspraktik ved University of Trento i Italien.

I en af ​​de største og mest varierede undersøgelser, der nogensinde er foretaget om emnet, forskerne kombinerede metagenomics, bioinformatik og maskinlæring (med brug af kunstig intelligens) for at korrelere forekomsten af ​​kolorektal kræft med tarmmikrobiotadata for 969 mennesker i Canada, Kina, Frankrig, Tyskland, Japan og USA.

Resultaterne identificerede grupper af mikroorganismer forbundet med tyktarmskræft i alle de undersøgte populationer, og signaturer i den mikrobielle metabolisme (mønstre af metabolitter produceret af mikroorganismer), der kan bruges til at forudsige forekomsten af ​​sygdommen. Forskningen havde to andre vigtige resultater. Den ene er opdagelsen i tarmene hos kolorektal cancerpatienter af en bestemt bakterieart, som almindeligvis findes i munden og luftvejene. Den anden er en sammenhæng mellem kolorektal cancer og tilstedeværelsen af ​​genet for et mikrobielt enzym, der nedbryder cholin, et vigtigt næringsstof i B -gruppen.

Undersøgelsen fandt højere niveauer af bakteriearten Fusobacterium nucleatum hos patienter med kolorektal cancer end hos raske individer. Denne bakterie lever normalt i mundområder, og surheden i andre dele af mave -tarmkanalen blev anset for at være dødelig for den.

"Større antal orale bakterier har en tendens til at rejse til tarmen hos tarmkræftpatienter. Denne migration kan forårsage betændelse i tarmen, giver anledning til tumoren, "Sagde Thomas." Dog, vi kender ikke den egentlige årsag til migrationen, kun at der er en sammenhæng mellem tilstedeværelsen af ​​disse bakterier i tarmen og tyktarmskræft, og at forbindelsen fortjener at blive undersøgt nærmere. "

Den anden opdagelse, en betydelig tilstedeværelse af genet for det mikrobielle enzym cholintrimethylamin-lyase (cutC) i fækale prøver fra patienter med kolorektal cancer styrker muligheden for en kræftfremkaldende forbindelse mellem tarmmikrobiota og en fed kost angivet ved tidligere undersøgelser. "Når enzymet spalter cholin, som er rigeligt i kostvaner, der indeholder store mængder rødt kød og andre fede fødevarer, det frigiver acetaldehyd, et velkendt kræftfremkaldende stof, "Sagde Thomas.

I undersøgelsen, forskerne brugte data om sammensætning og overflod af alle bakterier fundet i 969 fækale prøver. For at udvikle en simpel analysemetode, der kan bruges i vid udstrækning af klinikker og hospitaler, de udvalgte de statistisk signifikante bakterier.

"Vores resultater fra 16 bakteriearter var sammenlignelige med dem fra analyser, der brugte alle arter. Dette er et vigtigt skridt i udviklingen af ​​et simpelt diagnostisk værktøj, der undgår behovet for at sekvensere hele mikrobiotaen, men alligevel har den nødvendige præcision, "Sagde Thomas.

Forening er ikke en årsagssammenhæng

Forskning om forbindelserne mellem tarmmikrobiota og menneskers sundhed er vokset i de sidste ti år, men det nye studie nyskaber ved at opfatte bakterier som markører for sygdomsudviklingen.

"Markører søges typisk direkte i forbindelse med tumorceller. Vi bruger et andet koncept. Vores analyse er baseret på ændringer i et relativt lille sæt bakterier i et spektrum af hundredvis af bakterier, der lever i tarmen og kan indikere tilstedeværelse af en sygdom, "sagde Emmanuel Dias-Neto, en forsker ved A.C. Camargo Cancer Center's International Research Center (CIPE) og medforfatter af artiklen.

Sekventering af DNA hentet fra tarmmikrobiota gjorde det muligt for forskerne at identificere bakterierne i hver fækal prøve, at måle mængden af ​​hver bakterie og at identificere varianter i deres genomer, der kan være knyttet til forskellige resultater, såsom en øget risiko for tyktarmskræft.

Det skal understreges, imidlertid, at undersøgelsen ikke viste, at ændringer i tarmmikrobiota forårsager tyktarmskræft.

"Vi opdagede en forening, men det betyder ikke nødvendigvis en årsagssammenhæng. Spørgsmålet er, om specifikke bakterier kan forårsage kræft eller kræft skaber et andet miljø i tyktarmskanalen og derved begunstiger visse bakterier frem for andre. Vi har endnu ikke et svar, hvilket ville være grundlæggende for resultaterne af forskningen beskrevet i artiklen for at hjælpe med at udvikle terapier til behandling af tyktarmskræft, "sagde João Carlos Setubal, Fuld professor ved University of São Paulos afdeling for biokemi, koordinator for det samme universitets Interunit Graduate Program i Bioinformatik, og også medforfatter af artiklen. Setubal og Dias-Neto førte tilsyn med Thomas's ph.d.-forskning.

Beregningsanalyse

Ifølge forskerne, dette kan være den hidtil største undersøgelse af tyktarmskræft baseret på data fra fækale prøver og så forskellige populationer. Gruppen analyserede data fra fem offentlige undersøgelser og to andre undersøgelser af forskere ved University of Trento.

Med dataene fra disse syv undersøgelser var de i stand til at identificere enzymer og bakterier, og for at finde ud af, hvordan tarmmikrobiota kan forudsige udviklingen af ​​tyktarmskræft. De brugte data fra to andre undersøgelser med 200 prøver til at validere deres fund.

"DNA -sekventering af prøverne, som krævede at skelne mellem mikrobiota -DNA og humant DNA, var et middel til at identificere og kvantificere arten af ​​mikroorganismer og deres gener til stede i prøverne, "Sagde Thomas." Vi ekstraherede DNA fra fækale prøver og sekventerede det. Vi brugte derefter beregningsmetoder til at analysere dataene. Som et resultat var vi i stand til at identificere og kvantificere arten og genmængden. "

Fordi dataene kom fra forskellige undersøgelser, forskerne brugte sofistikerede statistiske metoder til at analysere dem som et ensemble.

"Vi brugte meta-analytiske statistiske metoder og maskinlæringsteknikker til at finde ud af, hvor forudsigelige resultaterne var, "Sagde Thomas.

Resultaterne blev valideret af Nicola Segata, en beregningsbiolog ved University of Trento og vejleder i udlandet for projektet, og forstærket af en anden undersøgelse udført på European Molecular Biology Laboratory (EMBL) i Tyskland om forbindelserne mellem tarmmikrobiom og kræft. En artikel om EMBL -undersøgelsen er offentliggjort i det samme nummer af Nature Medicine.

"Under udarbejdelsen af ​​artiklerne vi udvekslede data og oplysninger med den anden gruppe i et partnerskab, der viste sig at være meget vigtigt for at styrke vores resultater. Selvom vi brugte machine learning -teknikker og forskellige statistiske metoder, vi nåede frem til den samme konklusion, at tarmmikrobiomet kan forudsige tilstedeværelsen af ​​kolorektal cancer i forskellige populationer og undersøgelser, "Sagde Thomas.

• Ny analyse fastslår globale mikrobielle signaturer for tyktarmskræft
• Fiskeslim kan være en potentiel kilde til antibiotika, finder undersøgelse