Mikrobi -DNA veressä voi auttaa tunnistamaan syövän

Lähes kaikissa aiemmissa syöpätutkimuksissa oletetaan, että kasvaimet ovat steriilejä ympäristöjä, ja jätti huomiotta ihmisen syöpäsolujen monimutkaisen vuorovaikutuksen bakteerien kanssa, virukset ja muut mikrobit, jotka elävät kehossamme ja kehossamme.

Mikrogeenien määrä kehossamme on huomattavasti suurempi kuin ihmisen geenien määrä, joten ei pitäisi olla yllättävää, että ne antavat meille tärkeitä vihjeitä terveydellemme. "

Rob Knight, Ph.D., professori ja Microbiome Innovation Centerin johtaja

Syöpään liittyvät mikrobimallit

Tutkijat tarkastelivat ensin The Cancer Genome Atlasista saatavia mikrobitietoja, kansallisen syöpäinstituutin tietokanta, joka sisältää genomista ja muuta tietoa tuhansista potilaskasvaimista. Tiimin tietoon, se oli kaikkien aikojen suurin yritys mikrobien DNA:n tunnistamiseksi ihmisen sekvensointitiedoista.

Alkaen 18, 116 kasvainnäytettä, edustaa 10, 481 potilasta 33 eri syöpätyypillä, syntyi erillisiä mikrobien allekirjoituksia, tai kuvioita, liittyy tiettyihin syöpätyyppeihin. Joitakin odotettiin, kuten ihmisen papilloomaviruksen (HPV) ja kohdunkaulan välinen yhteys, pään ja kaulan syövät, ja niiden välinen yhteys Fusobacterium lajit ja ruoansulatuskanavan syövät. Mutta ryhmä tunnisti myös aiemmin tuntemattomat mikrobien allekirjoitukset, jotka syrjivät voimakkaasti syöpätyyppejä. Esimerkiksi, läsnäolo Fekalibakteerit lajit erottivat paksusuolen syövän muista syövistä.

Varustettuna tuhansien syöpänäytteiden mikrobiomiprofiileilla, Tämän jälkeen tutkijat kouluttivat ja testasivat satoja koneoppimismalleja yhdistämään tietyt mikrobikuviot tiettyjen syöpien esiintymiseen. Koneoppimismallit pystyivät tunnistamaan potilaan syöpätyypin käyttämällä vain hänen verestään saatuja mikrobitietoja.

Tutkijat poistivat sitten korkealaatuiset (vaihe III ja IV) syövät tietojoukosta ja havaitsivat, että monet syöpätyypit olivat edelleen erotettavissa aiemmissa vaiheissa, kun ne luottoivat vain verestä peräisin oleviin mikrobitietoihin. Tulokset pysyivät silloinkin, kun tiimi suoritti näytteistä tiukimman bioinformatiikan dekontaminaation, joka poisti yli 90 prosenttia mikrobitiedoista.

Mikrobi -DNA -testin soveltaminen

Sen määrittämiseksi, voisiko näistä mikrobikuvioista olla hyötyä todellisessa maailmassa, Ritari, Poore ja hänen tiiminsä analysoivat veristä peräisin olevia plasmanäytteitä 59 suostumukselliselta eturauhassyöpäpotilaalta, 25 keuhkosyöpä ja 16 melanooma toimittaneet yhteistyökumppanit Moores Cancer Centerissä, UC San Diego Health. Käyttämällä uusia työkaluja, jotka he ovat kehittäneet saastumisen minimoimiseksi, tutkijat kehittivät mikrobi -allekirjoitusten lukeman jokaiselle syöpäpotilaan näytteelle ja vertasivat niitä toisiinsa ja plasmanäytteisiin 69 terveeltä, HIV-negatiiviset vapaaehtoiset, tarjoaa HIV Neurobehavioral Research Center UC San Diego School of Medicine.

Tiimin koneoppimismallit pystyivät erottamaan useimmat syöpäpotilaat niistä, joilla ei ole. Esimerkiksi, mallit voisivat oikein tunnistaa keuhkosyöpää sairastavan henkilön, jolla on 86 prosentin herkkyys, ja henkilön, jolla ei ole keuhkosairautta, 100 prosentin spesifisyydellä. He voivat usein kertoa, mitkä osallistujat saivat minkä tahansa kolmesta syöpätyypistä. Esimerkiksi, mallit voisivat erottaa oikein eturauhassyöpää sairastavan ja keuhkosyöpää sairastavan henkilön, joilla on 81 prosentin herkkyys.

"Kyky, yhdessä veriputkessa, saada kattava profiili kasvaimen DNA:sta (luonteesta) sekä potilaan mikrobiston DNA:sta (kasvatus), niin sanoakseni, on tärkeä askel eteenpäin isäntä-ympäristön vuorovaikutuksen ymmärtämisessä syöpään, ", kirjoitti Sandip Pravin Patel, MD, lääketieteellinen onkologi ja kokeellisten terapioiden johtaja Moores Cancer Centerissä, UC San Diego Health.

"Tällä lähestymistavalla on mahdollista seurata näitä muutoksia ajan mittaan, ei vain diagnoosina, mutta pitkäaikaiseen terapeuttiseen seurantaan. Tällä voi olla merkittäviä vaikutuksia syöpäpotilaiden hoitoon, ja syövän varhaisessa havaitsemisessa, jos nämä tulokset kestävät edelleen lisätesteissä. "

Vertailu nykyiseen syöpädiagnostiikkaan

Patelin mukaan Useimpien syöpien diagnosointi vaatii tällä hetkellä kirurgista biopsiaa tai näytteen poistamista epäillystä syöpäkohdasta ja näytteen analyysin asiantuntijoilta, jotka etsivät tiettyihin syöpiin liittyviä molekyylimarkkereita. Tämä lähestymistapa voi olla invasiivinen, aikaa vievää ja kallista.

Useat yritykset kehittävät nyt "nestemäisiä biopsioita"-; menetelmiä tiettyjen syöpien nopeaksi diagnosoimiseksi käyttämällä yksinkertaista verenottoa ja tekniikoita, joiden avulla he voivat havaita syöpäspesifiset ihmisen geenimutaatiot kasvainten eristämässä kiertävässä DNA:ssa. Tätä lähestymistapaa voidaan jo käyttää kasvainten etenemisen seuraamiseen joissakin jo diagnosoiduissa syöpätyypeissä, mutta Yhdysvaltain elintarvike- ja lääkevirasto (FDA) ei ole vielä hyväksynyt sitä diagnostiseen käyttöön.

"Vaikka nestemäisen biopsian ja syövän varhaisen havaitsemisen alalla on tapahtunut hämmästyttävää edistystä, nykyiset nestemäiset biopsiat eivät vielä pysty erottamaan luotettavasti normaalia geneettistä vaihtelua todellisesta varhaisesta syövästä, ja he eivät pysty ottamaan vastaan ​​syöpiä, joissa ihmisen perimän muutoksia ei tunneta tai joita ei voida havaita, "sanoi Patel, joka toimii myös San Diegon tarkan immunoterapian keskuksen apulaisjohtajana.

Siksi on usein vaara, että nykyiset nestemäiset biopsiat palauttavat vääriä negatiivisia tuloksia, kun taudinkuorma on alhainen. "On vaikea löytää yhtä hyvin harvinaista ihmisen geenimutaatiota harvinaisesta solun vuodosta kasvaimesta, "Patel sanoi." Ne on helppo jättää huomiotta, ja sinulle saatetaan sanoa, että sinulla ei ole syöpää. kun todella teet. "

Tutkijoiden mukaan yksi mikrobien DNA:han perustuvan syövän havaitsemisen etu, verrattuna ihmisen kasvaimen DNA:han, on sen monimuotoisuus eri kehon sivustojen välillä. Ihmisen DNA, verrattuna, on olennaisesti sama koko kehossa. Jos et luota harvinaisiin ihmisen DNA -muutoksiin, tutkimus viittaa siihen, että veripohjaiset mikrobien DNA-lukemat voivat pystyä havaitsemaan tarkasti syöpien esiintymisen ja tyypin aikaisemmissa vaiheissa kuin nykyiset nestemäiset biopsiatestit, sekä syöpiin, joista puuttuu geneettisiä mutaatioita, jotka näillä alustoilla voidaan havaita.

Rajoitukset ja varoitukset

Tutkijat huomauttavat nopeasti, että veripohjaisten mikrobien DNA-lukemat voivat edelleen jättää syövän merkit ja palauttaa vääriä negatiivisia tuloksia. Mutta he odottavat, että heidän uusi lähestymistapansa tulee tarkemmaksi, kun he parantavat koneoppimismallejaan enemmän tietoa.

Ja vaikka väärät negatiivit voivat olla harvinaisempia mikrobien DNA -lähestymistavan kanssa, väärät positiiviset -; kuulet, että sinulla on syöpä, kun et - ovat edelleen riski.

Patel sanoi, että vain koska syöpä havaitaan aikaisin, se ei tarkoita, että se vaatii aina välitöntä hoitoa. Jotkut DNA-muutokset eivät ole syöpää, ikääntymiseen liittyvät muutokset, vaarattomia tai itseratkaisuja. Et koskaan tiedä niistä ilman testiä. Siksi seulonta ja syöpädiagnoosien lisääminen eivät välttämättä ole aina hyvä asia, Patel sanoi, ja asiantuntijoiden on määritettävä se.

Tiimi varoitti myös, että vaikka mikrobien lukema osoittaa syöpää, potilas tarvitsisi todennäköisesti lisätestejä diagnoosin vahvistamiseksi, määrittää kasvaimen vaihe ja tunnistaa sen tarkka sijainti.

Katse eteenpäin

Knight sanoi, että monia haasteita on vielä edessä, kun hänen tiiminsä kehittää edelleen näitä ensimmäisiä havaintoja FDA:n hyväksymäksi syövän diagnostiikkatestiksi. Kaikista eniten, heidän on vahvistettava havaintonsa paljon suuremmassa ja monipuolisemmassa potilasryhmässä, kallis yritys. Heidän on määriteltävä, miltä "terve" veripohjainen mikrobilukema voisi näyttää monien keskuudessa. erilaisia ​​ihmisiä. He haluaisivat myös selvittää, ovatko mikrobien allekirjoitukset, jotka he voivat havaita ihmisveren, tulevat elävistä mikrobeista, kuolleet mikrobit tai kuolleet mikrobit, jotka ovat räjähtäneet, niiden sisällön levittäminen -; oivallus, joka voi auttaa heitä tarkentamaan ja parantamaan lähestymistapaansa.

Veripohjaisten mikrobien DNA-lukemien edistämiseksi seuraavissa vaiheissa kohti viranomaisten hyväksyntää, diagnostisen testin kaupallistaminen ja kliininen soveltaminen, Knight ja Poore ovat jättäneet patenttihakemuksia ja perustaneet spinout -yrityksen nimeltä Micronoma. kirjoittanut Sandrine Miller-Montgomery, PhD, Jacobsin teknillisen korkeakoulun käytännön professori ja UC San Diegon mikrobiomeinnovaatiokeskuksen johtaja.

Viimeisin tutkimus voi saada aikaan merkittäviä muutoksia syöpäbiologian alalla, Poore sanoi.

"Esimerkiksi, on yleinen käytäntö, että mikrobiologit käyttävät kokeissaan monia kontaminaation torjunta -aineita, mutta niitä on historiallisesti käytetty harvoin syöpätutkimuksissa, "Hän sanoi." Toivomme, että tämä tutkimus rohkaisee tulevia syöpätutkijoita olemaan "mikrobitietoisia". "

Tutkijat ehdottavat myös, että syöpädiagnostiikka voi olla vasta alkua äskettäin löydetylle syöpään liittyvälle veren mikrobiomille.

"Tämä uusi käsitys siitä, miten mikrobipopulaatiot muuttuvat syövän kanssa, voisi avata täysin uuden terapeuttisen tien, "Miller-Montgomery sanoi." Tiedämme nyt, että mikrobit ovat siellä, mutta mitä he tekevät? Ja voisimmeko manipuloida tai jäljitellä näitä mikrobeja syövän hoitoon? "

• Mikro -DNA:n verikoe voi varoittaa syövästä
• Ruokavalio vaikuttaa MS -taudin kulkuun