Untersuchungen eines internationalen Wissenschaftlerteams, darunter auch Brasilianer, haben einen Zusammenhang zwischen Darmkrebs und Veränderungen der Darmmikrobiota gefunden, die nicht von den Ernährungsgewohnheiten der untersuchten Bevölkerungsgruppen abhängen. Die Entdeckung ebnet den Weg für die Entwicklung nicht-invasiver Tests, die das Auftreten der Krankheit vorhersagen können.
Die Studie wird an diesem Montag veröffentlicht, 1. April, in der Zeitschrift Nature Medicine. Ihr erster Autor ist Andrew Maltez Thomas, promovierte in Bioinformatik an der Universität São Paulo (USP), Brasilien. Thomas wurde von der São Paulo Research Foundation - FAPESP über ein Stipendium für ein Forschungspraktikum an der Universität Trient in Italien unterstützt.
In einer der größten und vielfältigsten Umfragen, die jemals zum Thema durchgeführt wurden, die Forscher kombinierten Metagenomik, Bioinformatik und maschinelles Lernen (unter Verwendung künstlicher Intelligenz), um das Auftreten von Darmkrebs mit Darmmikrobiotadaten für 969 Personen in Kanada zu korrelieren, China, Frankreich, Deutschland, Japan und die Vereinigten Staaten.
Die Ergebnisse identifizierten in allen untersuchten Populationen Gruppen von Mikroorganismen, die mit Darmkrebs assoziiert sind. und Signaturen im mikrobiellen Stoffwechsel (Muster von Metaboliten, die von Mikroorganismen produziert werden), die verwendet werden können, um das Auftreten der Krankheit vorherzusagen. Die Forschung hatte zwei weitere wichtige Ergebnisse. Eine davon ist die Entdeckung einer bestimmten Bakterienart im Darm von Darmkrebspatienten, die häufig im Mund und in den Atemwegen vorkommt. Die andere ist eine Korrelation zwischen Darmkrebs und dem Vorhandensein des Gens für ein mikrobielles Enzym, das Cholin abbaut. ein essentieller Nährstoff der Vitamin-B-Gruppe.
Die Studie fand bei Darmkrebspatienten höhere Konzentrationen der Bakterienart Fusobacterium nucleatum als bei gesunden Personen. Dieses Bakterium bewohnt normalerweise Regionen des Mundes, und die Säure anderer Teile des Magen-Darm-Trakts galt als tödlich.
„Bei Darmkrebspatienten wandern in der Regel größere Mengen oraler Bakterien in den Darm. Diese Wanderung kann Entzündungen im Darm verursachen, den Tumor verursachen, « sagte Thomas. »Aber wir kennen den eigentlichen Grund für die Migration nicht, nur, dass es einen Zusammenhang zwischen dem Vorhandensein dieser Bakterien im Darm und Darmkrebs gibt und dass dieser Zusammenhang weiter untersucht werden sollte."
Die andere Entdeckung, ein signifikantes Vorkommen des Gens für das mikrobielle Enzym Cholintrimethylamin-Lyase (cutC) in Stuhlproben von Darmkrebspatienten, verstärkt die Möglichkeit einer krebserregenden Verbindung zwischen Darmmikrobiota und einer fettreichen Ernährung, durch frühere Forschungen angedeutet. „Wenn das Enzym Cholin spaltet, die in Diäten mit großen Mengen an rotem Fleisch und anderen fetthaltigen Lebensmitteln reichlich vorhanden ist, es setzt Acetaldehyd frei, ein bekanntes Karzinogen, “ sagte Thomas.
In der Studie, die Forscher nutzten Daten zur Zusammensetzung und Häufigkeit aller Bakterien, die in 969 Stuhlproben gefunden wurden. Um eine einfache Analysemethode zu entwickeln, die in Kliniken und Krankenhäusern weit verbreitet ist, sie wählten die statistisch signifikanten Bakterien aus.
„Unsere Ergebnisse von 16 Bakterienarten waren vergleichbar mit denen von Analysen mit allen Arten. Dies ist ein wichtiger Schritt in der Entwicklung eines einfachen Diagnosewerkzeugs, das auf die Sequenzierung der gesamten Mikrobiota verzichtet und dennoch die nötige Präzision besitzt.“ “ sagte Thomas.
Assoziation ist kein Kausalzusammenhang
Die Forschung zu den Zusammenhängen zwischen der Darmmikrobiota und der menschlichen Gesundheit hat in den letzten zehn Jahren zugenommen. Aber die neue Studie ist innovativ, indem sie Bakterien als Marker für die Entwicklung von Krankheiten auffasst.
"Marker werden typischerweise direkt in Verbindung mit Tumorzellen gesucht. Wir verwenden ein anderes Konzept. Unsere Analyse basiert auf Veränderungen in einer relativ kleinen Gruppe von Bakterien in einem Spektrum von Hunderten von Bakterien, die im Darm leben und das Vorhandensein von eine Krankheit, " sagte Emmanuel Dias-Neto, ein Forscher am International Research Center (CIPE) des A.C. Camargo Cancer Center und Mitautor des Artikels.
Die Sequenzierung von DNA aus der Darmmikrobiota ermöglichte es den Forschern, die in jeder Stuhlprobe vorhandenen Bakterien zu identifizieren. um die Menge jedes Bakteriums zu messen, und Varianten in ihren Genomen zu identifizieren, die mit unterschiedlichen Ergebnissen in Verbindung gebracht werden können, wie ein erhöhtes Risiko für Darmkrebs.
Es sollte betont werden, jedoch, dass die Studie nicht zeigte, dass Veränderungen der Darmmikrobiota Darmkrebs verursachen.
"Wir haben eine Assoziation entdeckt, aber das bedeutet nicht unbedingt einen kausalen Zusammenhang. Die Frage ist, ob bestimmte Bakterien Krebs verursachen können oder Krebs ein anderes Milieu im Dickdarm schafft und dadurch bestimmte Bakterien anderen vorzieht. Wir haben noch keine Antwort, die für die Ergebnisse der in dem Artikel beschriebenen Forschung von grundlegender Bedeutung wäre, um bei der Entwicklung von Therapien zur Behandlung von Dickdarmkrebs zu helfen, " sagte João Carlos Setubal, Ordentlicher Professor an der Abteilung für Biochemie der Universität São Paulo, Koordinator des Interunit Graduate Program in Bioinformatics derselben Universität, und auch Co-Autor des Artikels. Setubal und Dias-Neto betreuten die Doktorarbeit von Thomas.
Computeranalyse
Laut den Forschern, Dies könnte die bisher größte Studie zu Darmkrebs sein, die auf Daten aus Stuhlproben und so unterschiedlichen Populationen basiert. Die Gruppe analysierte Daten aus fünf öffentlichen Studien und zwei weiteren Studien von Forschern der Universität Trient.
Mit den Daten dieser sieben Studien konnten sie Enzyme und Bakterien identifizieren, und um herauszufinden, wie die Darmmikrobiota die Entwicklung von Darmkrebs vorhersagen kann. Sie verwendeten Daten aus zwei anderen Studien mit 200 Proben, um ihre Ergebnisse zu validieren.
"DNA-Sequenzierung der Proben, die eine Unterscheidung zwischen Mikrobiota-DNA und menschlicher DNA erforderte, war ein Mittel zur Identifizierung und Quantifizierung der Arten von Mikroorganismen und ihrer Gene, die in den Proben vorhanden sind, ", sagte Thomas. "Wir haben DNA aus den Stuhlproben extrahiert und sequenziert. Wir haben dann Computermethoden verwendet, um die Daten zu analysieren. Als Ergebnis konnten wir die Arten- und Genhäufigkeit identifizieren und quantifizieren."
Da die Daten aus verschiedenen Studien stammen, die Forscher nutzten ausgefeilte statistische Methoden, um sie als Ensemble zu analysieren.
„Wir haben metaanalytische statistische Methoden und Techniken des maschinellen Lernens verwendet, um herauszufinden, wie prädiktiv die Ergebnisse waren. “ sagte Thomas.
Die Ergebnisse wurden von Nicola Segata validiert, ein Computerbiologe an der Universität Trient und Betreuer im Ausland für das Projekt, und verstärkt durch eine weitere Studie, die am Europäischen Labor für Molekularbiologie (EMBL) in Deutschland zum Zusammenhang zwischen Darmmikrobiom und Krebs durchgeführt wurde. Ein Artikel zur EMBL-Studie ist in derselben Ausgabe von Nature Medicine veröffentlicht.
"Bei der Vorbereitung der Artikel, Wir tauschten Daten und Informationen mit der anderen Gruppe in einer Partnerschaft aus, die sich als äußerst wichtig erwies, um unsere Ergebnisse zu untermauern. Obwohl wir Techniken des maschinellen Lernens und verschiedene statistische Methoden verwendet haben, wir kamen zu der gleichen Schlussfolgerung, dass das Darmmikrobiom das Vorhandensein von Darmkrebs in verschiedenen Populationen und Studien vorhersagen kann, “ sagte Thomas.
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