Der Krebs-Mikrobiom-Atlas gibt ein klareres Bild der in Organen lebenden Mikrobiota

Biomedizinische Ingenieure der Duke University haben einen Algorithmus entwickelt, um kontaminierte mikrobielle genetische Informationen aus dem Krebsgenomatlas (TCGA) zu entfernen. Mit einem klareren Bild der Mikrobiota, die in verschiedenen Organen sowohl in gesunden als auch in krebsartigen Zuständen lebt, Forscher können nun neue Biomarker für Krankheiten finden und besser verstehen, wie sich zahlreiche Krebsarten auf den menschlichen Körper auswirken.

In der ersten Studie mit dem neu dekontaminierten Datensatz wurde die Forscher haben bereits herausgefunden, dass normales und krebsartiges Organgewebe eine leicht unterschiedliche Mikrobiota-Zusammensetzung aufweisen, dass Bakterien von diesen erkrankten Stellen in den Blutkreislauf gelangen können, und dass diese bakteriellen Informationen helfen könnten, Krebs zu diagnostizieren und Patientenergebnisse vorherzusagen.

Die Ergebnisse erscheinen am 30. Dezember online im Journal Zellwirt &Mikrobe .

TCGA ist ein wegweisendes Programm zur Krebsgenomik, das über 20 molekular charakterisierte, 000 primäre Krebserkrankungen und übereinstimmende gesunde Proben aus 33 Krebsarten. Es hat mehr als 2,5 Millionen Gigabyte an "omic"-Daten produziert. Der Atlas beinhaltet, welche DNA vorhanden ist, welche epigenetischen Marker auf der DNA sind, welche DNA eingeschaltet ist und welche Proteine ​​produziert werden. Es ist für die öffentliche Nutzung frei verfügbar.

Eine Studie aus den Atlasdaten zeigte eine Fülle von Fusobacterium nucleatum bei Darmkrebs, die sich seither als stadiumsindikativ erwiesen hat, Überleben, Metastasierung und sogar Arzneimittelreaktionen dieser Art von Krebs. Viele weitere Studien haben nach solchen bakteriellen Biomarkern gesucht, jedoch wurden nur wenige entdeckt. Ein wesentlicher Grund dafür ist die Kontamination.

Wenn durch die Labore versehentlich Bakterien in die Proben gelangen, Es wird schwierig zu erkennen, welche Arten von Anfang an tatsächlich in den Proben enthalten waren. Während ähnliche Mikrobiom-Studien mit mikrobenreichem Material wie Kot kleine Kontaminationsmengen überwinden können, die relativ winzigen Proben aus lebenden menschlichen Organen und Tumorproben können dies nicht.

Bei der Untersuchung einer Teilmenge von TCGA-Sequenzierungsdaten, Frühere Analysen ergaben, dass mikrobielle DNA einer Reihe von Spezies das Ergebnis einer Laborkontamination war.

Alle Mikrobiota-Studien werden von der Vorstellung geplagt, dass, wenn Sie eine Mikrobe finden, War es wirklich im Gewebe oder wurde es während der Verarbeitung kontaminiert? Wir haben eine Methode erfunden, die die Mikroben, die wirklich in jeder Probe enthalten waren, extrahieren und daraus den so genannten Krebs-Mikrobiom-Atlas erstellen können. Dies wird eine enorme Ressource für die Gemeinschaft sein und es uns ermöglichen zu verstehen, wie Krebs das Mikrobiom eines Organs verändert."

Xiling Shen, der Hawkins Family Associate Professor of Biomedical Engineering an der Duke

Die Methode zum Entfernen von Verunreinigungen aus TCGA-Daten wurde von Anders Dohlman erfunden, ein Doktorand in Shens Labor. Dohlman verglich zuerst die Mikrobiom-Signaturen zwischen Krebsgeweben aus verschiedenen Organen und Blut, und schloss kontaminierende Spezies aus, die wahllos auftauchten. Anschließend verglich er die Mikrobiom-Signaturen identischer Proben, die an verschiedenen Standorten verarbeitet wurden, von Harvard bis Baylor. Dohlman kam zu dem Schluss, dass die mikrobiellen Spezies, die nur an einem bestimmten Ort nachgewiesen werden können, die Kontaminanten sind, So kann er jedem Standort eine eindeutige Kontaminationssignatur zuordnen.

"Eine große Herausforderung in diesem Prozess waren gemischt nachgewiesene Arten, das sind Bakterien, die sowohl eine Verunreinigung als auch für das Gewebe endogen sind, " sagte Dohlman. "Aber weil TCGA so viele verschiedene Arten von Daten hat, wir konnten es herauskitzeln. Big Data hilft wirklich!"

Der Aufwand zahlt sich bereits in vielerlei Hinsicht aus. Nach der Verwendung des Dekontaminationsalgorithmus von Dohlman Die Forscher haben die Mikrobiota-Signaturen von Proben von Darmkrebspatienten genau unter die Lupe genommen. Sie entdeckten zwei einzigartige Bakteriengruppen, die häufig zusammen vorkommen, eine davon scheint mit dem Überleben des Patienten verbunden zu sein.

Die Forscher entdeckten auch, dass einige Krebsarten tatsächlich das Mikrobiom ihrer ansässigen Organe verändern. Es könnte sein, Shen Gründe, dass Tumore die Mikroumgebung eines Organs verändern, Dies macht es mehr oder weniger gastfreundlich für verschiedene mikrobielle Arten. Und durch die Suche nach mikrobiellen Signaturen in Blutproben von Patienten, Sie fanden auch, dass trotz gegenteiliger konventioneller Weisheiten, einige Bakterien gelangen in den Blutkreislauf, die auch einen Hinweis auf den Fortschritt einer Krebserkrankung liefern könnten.

"Es hat eine Art Krise auf dem Gebiet gegeben, ob hochkarätige Papiere reproduziert werden können oder nicht, aufgrund der Herausforderung der Kontamination, " sagte Shen. "Zum Beispiel, während ein Zentrum seine Ergebnisse reproduzieren könnte, ein anderes Zentrum nicht. Dies erklärt warum:Jedes Zentrum hat seine eigene, sehr konsistente Voreingenommenheit. (Seine eigenen residenten Mikrobenverunreinigungen.) In der Zukunft neue Studien können unsere Methode verwenden, um diese Verzerrung zu beseitigen und die Ergebnisse zu reproduzieren, und Forschungszentren könnten ihre von uns identifizierten Verzerrungen nutzen, um ihre Kontamination zu mindern."

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