Krebs ist eine Krankheit, die auf Mutationen in den Genen des davon betroffenen Organismus zurückzuführen ist. Diese Mutationen führen zu einer Fehlregulation der beteiligten Zellen, Abschalten von Programmen, die das Zellwachstum und die Zellproliferation modulieren, oder die Tumore bilden.
Jedoch, Alle menschlichen Krebsarten werden nicht allein durch Mutationen im menschlichen Genom verursacht. Zum Beispiel, Bauchspeicheldrüsenkrebs beherbergen am häufigsten Mikroben, die die am häufigsten verwendeten Chemotherapeutika bei diesen Patienten abbauen. wie eine Studie aus dem Jahr 2017 in der Zeitschrift Science zeigt. Dies führte den Forscher Gregory Poore dazu, die Rolle von Mikroben bei verschiedenen Krebsarten zu untersuchen.
Zusammenarbeit mit Experten verschiedener Disziplinen, die Forscher erforschten die vielschichtigen Wechselwirkungen, die zwischen Tumoren und dem Wirt von Mikroben, die auf und in dem menschlichen Körper leben, auftreten. Der leitende Forscher Rob Knight sagte:"Fast alle bisherigen Bemühungen der Krebsforschung gingen davon aus, dass Tumore sterile Umgebungen sind, und ignorierten das komplexe Zusammenspiel von menschlichen Krebszellen mit den Bakterien. Viren und andere Mikroben, die in und auf unserem Körper leben. Die Zahl der mikrobiellen Gene in unserem Körper übersteigt die Zahl der menschlichen Gene bei weitem. Daher sollte es nicht überraschen, dass sie uns wichtige Hinweise auf unsere Gesundheit geben."
Die Erkennung von Krebs in seinen frühesten Stadien durch eine einfache Blutentnahme ist das Ziel mehrerer Unternehmen, die derzeit „flüssige Biopsien“ entwickeln, um zirkulierende menschliche Tumor-DNA nachzuweisen. Jetzt haben Forscher der UC San Diego gezeigt, dass sie feststellen können, wer Krebs hat. und welche Art, basierend auf einem Auslesen mikrobieller DNA in ihrem Blut. Bildquelle:Szabolcs Borbely / Shutterstock Der erste Schritt bestand darin, die Daten zu mikrobiellen Genen zu untersuchen, die im Krebsgenom-Atlas hinterlegt sind. Dies ist eine riesige Datenbank mit tumorassoziierten Genomdaten, die von Tausenden von Tumoren gesammelt und vom National Cancer Institute verwaltet werden. Die Forscher sagen, dass dies das erste Mal ist, dass Wissenschaftler in einem so beeindruckenden Umfang versucht haben, mikrobielle DNA aus menschlichen Genomdaten zu identifizieren.
Sie untersuchten über 18, 000 Proben von menschlichen Tumoren, genommen von fast 10, 500 Patienten mit 33 verschiedenen Tumorarten. Sie versuchten, charakteristische Muster mikrobieller Gene zu finden, die mit bestimmten Tumoren assoziiert sind. Einige sind bereits bekannt, wie die Verbindung zwischen HPV (humanes Papillomavirus) und Gebärmutterhalskrebs, Kopf, Und Nacken, oder das von Fusobakterium Arten mit Darmkrebs.
Die Wissenschaftler entdeckten auch viele neue mikrobielle Muster, die in der Lage waren, eine Krebsart von einer anderen zu unterscheiden. Ein Beispiel ist das von Fäkalibakterium , eine Spezies, die Dickdarmkrebs von anderen Tumorarten unterscheiden kann.
Die Forscher kamen so zu einem Verständnis, wie das Mikrobiom von Tausenden von Krebsproben aussieht. Der nächste Schritt bestand darin, die Leistungsfähigkeit des maschinellen Lernens zu nutzen, um zu sehen, ob eines dieser mikrobiellen Muster spezifisch für bestimmte Krebsarten ist. Sie trainierten ihre maschinellen Lernprogramme, um solche spezifischen Assoziationen aufzugreifen und sie zur Diagnose der Krebsart zu verwenden. Dann testeten sie ihre Hunderte von Modellen und fanden heraus, zu ihrer Freude, dass sie die Krebsart allein anhand der mikrobiellen DNA im Blut identifizieren könnten.
Der nächste Schritt, für die Wissenschaftler, war es, fortgeschrittene Krebserkrankungen aus dem Datensatz zu eliminieren. Das Programm war noch in der Lage, viele Krebsarten in den Stadien I und II nur anhand von mikrobiellen Daten zu unterscheiden. Anschließend führten die Forscher strenge Verfahren durch, um die bioinformatischen Daten zu dekontaminieren. Das bedeutet, dass über 90 % der mikrobiellen Daten entfernt wurden. Sogar so, die Maschine identifizierte viele Krebsarten im Frühstadium korrekt nach Typ.
In einer Pilotstudie das Forscherteam nahm Blutproben von etwa 100 Patienten mit drei Krebsarten, davon etwa 60, 25, und 15 Patienten, jeweils mit Prostata, Lunge, und Melanomkrebs. Sie verwendeten ihre maßgeschneiderten Tools, um sicherzustellen, dass die Daten so zuverlässig wie möglich waren, indem kontaminierende Messwerte eliminiert wurden. Dann nahmen sie das mikrobielle Profil für jede der Blutproben aus.
Vergleicht man diese Profile untereinander und mit den Plasmaproben von etwa 70 krankheitsfreien Freiwilligen, Das Team fand heraus, dass ihre Modelle für maschinelles Lernen Menschen mit Krebs von denen ohne Krebs unterscheiden können. in den meisten Fällen. Das ist, Sie konnten 86% der Menschen mit Lungenkrebs erfassen, während sie bei allen Personen, die für diese Erkrankung negativ waren, eine Lungenerkrankung korrekt ausschließen konnten. Sie konnten auch zwischen den einzelnen Krebsarten unterscheiden. Zum Beispiel, sie konnten in 81 % der Fälle zu Recht sagen, ob der Patient Lungenkrebs oder Prostatakrebs hatte.
Co-Autor Sandip Pravin Patel sagt:"Die Fähigkeit, in einem einzigen Röhrchen Blut, ein umfassendes Profil der Tumor-DNA (Natur) sowie der DNA der Mikrobiota des Patienten (Nurture) zu haben, sozusagen, ist ein wichtiger Schritt, um die Wirt-Umwelt-Interaktionen bei Krebs besser zu verstehen." Mit diesem Ansatz könne man verfolgen, wie sich das Genom des Tumors und der Mikrobiota mit der Zeit verändern, Daher wird es nicht nur als Diagnose-, sondern auch als Überwachungsinstrument für die langfristige Nachverfolgung der Wirksamkeit der Behandlung verwendet.
Er fährt fort, „Dies könnte erhebliche Auswirkungen auf die Versorgung von Krebspatienten haben. und bei der Früherkennung von Krebs, wenn diese Ergebnisse bei weiteren Tests bestehen bleiben."
Patel erklärt, dass die meisten Krebsarten heute nur durch eine chirurgische Biopsie diagnostiziert werden können. Dabei wird ein Teil des vermuteten Tumors entfernt und von Experten untersucht. Die Diagnose basiert auf den molekularen Markern, die für jede Krebsart spezifisch sind. Das Problem bei diesem Ansatz ist, dass er invasiv ist, braucht Zeit, und ist teuer.
Vor kurzem, Flüssigbiopsien wurden für viele dieser Krebsarten entwickelt. Hier wird eine Blutprobe verwendet, um bestimmte Mutationen in der im Umlauf befindlichen menschlichen DNA nachzuweisen, um bestimmte Tumore zu diagnostizieren. Während Blutmarker (meist Moleküle auf der Oberfläche von Tumorzellen) bereits zur Diagnose und Verlaufskontrolle mancher Tumore eingesetzt werden, genetische Marker sind relativ neu. Sie werden bei einigen Tumoren verwendet, um den Krankheitsverlauf zu verfolgen, ihre Verwendung zur Tumordiagnose ist jedoch nicht von der Food and Drug Administration (FDA) zugelassen.
Der Grund ist die geringe Genauigkeit dieser Tests bei der Unterscheidung zwischen normalen Variationen in menschlichen Genen und dem tatsächlichen Vorhandensein von Mutationen bei Krebs im Frühstadium. Nicht nur so, sagt Patel, "Sie können keine Krebsarten erkennen, bei denen menschliche Genomveränderungen nicht bekannt oder nicht nachweisbar sind."
Dies bedeutet, dass Flüssigbiopsien wahrscheinlich eine hohe Rate an falsch-negativen Ergebnissen aufweisen. insbesondere bei seltenen Tumoren. Wenn die Mutationsrate niedrig ist, und die Zahl der abgeworfenen Zellen ist ebenfalls gering, die Chancen, die Mutation aufzuspüren, sind in der Tat gering. Daher, Dem Patienten könnte gut gesagt werden, dass es trotz eines Tumors keinen Hinweis auf Krebs gibt.
Der aktuelle Test, der auf dem Nachweis von mikrobieller DNA und nicht von Tumor-DNA basiert, ist, dass es auffälligere Veränderungen widerspiegelt, weil im Gegensatz zur Einheitlichkeit der menschlichen DNA in allen Geweben des menschlichen Körpers, mikrobielle DNA-Profile variieren immens von Gewebe zu Gewebe. Daher, anstatt zu hoffen, eine der relativ seltenen Veränderungen in der menschlichen DNA zu erkennen, um einen Tumor zu diagnostizieren, es ist einfacher, Veränderungen in der mikrobiellen DNA zu erkennen, die das Vorhandensein von Krebs sowie deren Art genau widerspiegeln könnten, früher im Prozess der Tumorbildung, im Vergleich zu Flüssigbiopsien, zumindest in ihrem jetzigen Stadium. Dies gilt auch für Krebsarten, die keine genetischen Mutationen aufweisen, die derzeit mit Flüssigbiopsien nachweisbar sind.
Die aktuelle Plattform kann immer noch falsch-negative Ergebnisse zurückgeben, sagen die Forscher, aber sie verfeinern ihren Ansatz mit mehr Daten, um die Genauigkeit der Vorhersage zu erhöhen. Eine weitere Gefahr bei diesem Ansatz ist die Überdiagnose von Tumoren oder eine hohe Falsch-Positiv-Rate.
Und drittens, viele Mutationen sind nicht krebserregend, sondern altersbedingt oder von der Art, die sich spontan auflöst. Eigentlich, ohne den mikrobiellen DNA-Test, das Individuum würde nie von ihnen erfahren. Selbst einige Krebsarten im Frühstadium sind nicht wirklich behandlungswürdig. Als Ergebnis, Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass eine Früherkennung und Früherkennung von Krebs nicht immer erforderlich sind. Die Notwendigkeit solcher Verfahren sollte von einem Arzt entschieden werden.
Positive mikrobielle Befunde sollten auch nicht als Krebs angesehen werden, es sei denn, es werden zusätzliche Tests durchgeführt, um zu bestätigen, dass ein Tumor vorhanden ist. bestimmen Sie die Art und den Standort.
Das Team freut sich darauf, einen von der FDA zugelassenen Test zur Diagnose von Krebs zu entwickeln.
Um das zu erreichen, sie müssen ein Profil der „normalen“ mikrobiellen Muster bei gesunden Menschen vieler verschiedener Bevölkerungsgruppen erstellen. Zweitens, sie müssen entscheiden, ob die in totem Blut gefundenen mikrobiellen Signaturen die Anwesenheit von Toten widerspiegeln, Live, oder aufplatzende Mikroben. Dies ist wichtig, um einen genaueren Ansatz zu entwickeln.
Die vorläufigen Ergebnisse müssen in einer größeren Population mit einer viel größeren Vielfalt von Patienten validiert werden, was mit hohen Vorkosten verbunden ist. Um ihre Ziele zu erreichen, Das Team hat Patentanmeldungen eingereicht und ein Unternehmen namens Micronoma gegründet.
Die Forscher weisen darauf hin, dass Mikrobiologen in ihrer Arbeit zwar häufig Dekontaminationsprotokolle verwenden, es ist keine häufige Praxis in Krebsstudien. Sie hoffen, dass diese Studie den Schwerpunkt auf dem Gebiet der Krebsbiologie ändern wird, indem es Krebsforschern die Mikroben im menschlichen Körper bewusster macht.
Zweitens, es könnte dazu beitragen, das neue Gebiet der krebsassoziierten Blutmikrobiome in die Therapeutik zu bringen, helfen zu verstehen, was die Mikroben bei Krebs tun und ob sie zur Behandlung dieser Erkrankungen eingesetzt werden können. Und wenn, Die nächste Frage ist, ob sie geliefert oder nachgeahmt werden können, um Krebs erfolgreicher zu behandeln.
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