Mikrobna DNA u krvi mogla bi pomoći u identifikaciji oboljelog od raka

Gotovo svi dosadašnji napori u istraživanju raka pretpostavljali su da su tumori sterilno okruženje, i zanemarili složeni međudjelovanje ljudskih stanica raka s bakterijama, viruse i druge mikrobe koji žive u i na našim tijelima.

Broj mikrobnih gena u našim tijelima uvelike nadmašuje broj ljudskih gena, pa ne treba čuditi što nam daju važne naznake za naše zdravlje. "

Rob Knight, Dr. Sc., profesor i ravnatelj Centra za mikrobiomske inovacije

Mikrobni uzorci povezani s rakom

Znanstvenici su prvo pogledali mikrobne podatke dostupne iz Atlasa genoma raka, baza podataka Nacionalnog instituta za rak koja sadrži genomske i druge podatke iz tisuća tumora pacijenata. Koliko je poznato timu, bio je to najveći napor ikad uložen u identifikaciju mikrobne DNA u podacima o ljudskom slijedu.

Od 18, 116 uzoraka tumora, predstavlja 10, 481 pacijent s 33 različite vrste raka, pojavili su se posebni mikrobni potpisi, ili uzorci, povezane sa specifičnim vrstama raka. Neki su se očekivali, kao što je povezanost između humanog papiloma virusa (HPV) i cerviksa, karcinom glave i vrata, i povezanost između Fusobacterium vrsta i gastrointestinalnog karcinoma. No, tim je također identificirao dosad nepoznate mikrobne potpise koji snažno razlikuju vrste raka. Na primjer, prisutnost Faecalibacterium vrsta razlikovala rak debelog crijeva od drugih vrsta raka.

Naoružani profilima mikrobioma tisuća uzoraka raka, istraživači su zatim obučili i testirali stotine modela strojnog učenja za povezivanje određenih mikrobnih uzoraka s prisutnošću specifičnih karcinoma. Modeli strojnog učenja uspjeli su identificirati pacijentovu vrstu raka koristeći samo mikrobne podatke iz njegove krvi.

Znanstvenici su zatim iz skupa podataka uklonili visokokvalitetne karcinome (stadij III i IV) i otkrili da se mnoge vrste raka još uvijek mogu razlikovati u ranijim fazama oslanjajući se samo na mikrobne podatke dobivene krvlju. Rezultati su se zadržali čak i kada je tim izvršio najstrožu bioinformatičku dekontaminaciju na uzorcima, koji je uklonio više od 90 posto mikrobnih podataka.

Primjena mikrobnog DNK testa

Kako bi se utvrdilo mogu li ti mikrobni uzorci biti korisni u stvarnom svijetu, Vitez, Poore i tim analizirali su uzorke plazme dobivene iz krvi 59 pristalih pacijenata s rakom prostate, 25 s rakom pluća i 16 s melanomom, osigurali suradnici u Moores Cancer Centru na UC San Diego Health. Koristeći nove alate koje su razvili kako bi smanjili zagađenje, istraživači su razvili očitavanje mikrobnih potpisa za svaki uzorak pacijenata oboljelih od raka i usporedili ih međusobno i s uzorcima plazme 69 zdravih, HIV negativni volonteri, pruža Centar za istraživanje neurobehavioralnog HIV -a na Medicinskom fakultetu UC San Diego.

Timski modeli strojnog učenja uspjeli su razlikovati većinu oboljelih od raka od onih bez njih. Na primjer, modeli bi mogli ispravno identificirati osobu s karcinomom pluća sa 86 posto osjetljivosti i osobu bez plućne bolesti sa 100 posto specifičnosti. Često su mogli reći koji su sudionici imali koji od tri tipa raka. Na primjer, modeli su mogli ispravno razlikovati osobu s rakom prostate od osobe s rakom pluća s 81 posto osjetljivosti.

"Sposobnost, u jednoj epruveti krvi, imati opsežan profil DNK tumora (priroda), kao i DNK pacijentove mikrobiote (njegovanje), da se tako izrazim, je važan korak naprijed u boljem razumijevanju interakcija domaćin-okolina u raku, "rekao je koautor Sandip Pravin Patel, DOKTOR MEDICINE, medicinski onkolog i suvoditelj eksperimentalne terapije u Moores Cancer Centru na UC San Diego Health.

"Ovim pristupom, postoji mogućnost praćenja ovih promjena tijekom vremena, ne samo kao dijagnostika, već za dugotrajno terapijsko praćenje. To bi moglo imati velike posljedice na njegu pacijenata oboljelih od raka, i u ranom otkrivanju raka, ako se ovi rezultati nastave zadržati u daljnjem testiranju. "

Usporedba s trenutnom dijagnostikom raka

Prema Patelu, Dijagnoza većine karcinoma trenutno zahtijeva kiruršku biopsiju ili uklanjanje uzorka sa sumnjivog mjesta raka te analizu uzorka od strane stručnjaka koji traže molekularne markere povezane s određenim vrstama raka. Ovaj pristup može biti invazivan, dugotrajno i skupo.

Nekoliko tvrtki sada razvija "tekuće biopsije"-; metode za brzo dijagnosticiranje specifičnih karcinoma pomoću jednostavnog vađenja krvi i tehnologija koje im omogućuju otkrivanje mutacija humanih gena specifičnih za rak u cirkulirajućoj DNA prolivenoj tumorima. Ovaj pristup se već može koristiti za praćenje napredovanja tumora za neke vrste već dijagnosticiranih karcinoma, ali još nije odobren od strane američke Uprave za hranu i lijekove (FDA) za dijagnostičku uporabu.

"Iako je postignut nevjerojatan napredak u području biopsije tekućine i ranog otkrivanja raka, trenutne tekuće biopsije još ne mogu pouzdano razlikovati normalne genetske varijacije od pravog ranog raka, i ne mogu pokupiti karcinom gdje ljudske genomske promjene nisu poznate ili se ne mogu otkriti, "rekao je Patel, koji je i zamjenik ravnatelja Centra za preciznu imunoterapiju u San Diegu.

Zato često postoji rizik da će trenutne tekuće biopsije vratiti lažno negativne rezultate u uvjetima niskog opterećenja bolestima. "Teško je pronaći jednu vrlo rijetku mutaciju ljudskog gena u rijetkim stanicama koje su izbačene iz tumora, "Patel je rekao." Lako ih je zanemariti i moglo bi vam se reći da nemate rak, kad to zaista učiniš. "

Prema istraživačima, jedna prednost otkrivanja raka na temelju mikrobne DNA, u usporedbi s cirkulirajućom DNK humanog tumora, njegova je raznolikost među različitim mjestima tijela. Ljudska DNK, u kontrastu, je u biti isti u cijelom tijelu. Ne oslanjajući se na rijetke promjene DNK čovjeka, studija sugerira da bi očitavanje mikrobne DNK na bazi krvi moglo točno otkriti prisutnost i vrstu raka u ranijim fazama od trenutnih testova tekuće biopsije, kao i za rakove kojima nedostaju genetske mutacije koje se mogu otkriti na tim platformama.

Ograničenja i upozorenja

Istraživači brzo ističu kako još uvijek postoji mogućnost da bi očitavanje mikrobne DNK na bazi krvi moglo promašiti znakove raka i vratiti lažno negativan rezultat. No očekuju da će njihov novi pristup postati točniji jer usavršavaju svoje modele strojnog učenja s više podataka.

I dok lažni negativi mogu biti rjeđi s pristupom mikrobne DNA, lažno pozitivni rezultati -; čuti da imate rak kad nemate -; još uvijek predstavljaju rizik.

Patel je rekla da samo zato što se rak rano otkrije, to ne znači da uvijek zahtijeva hitan tretman. Neke promjene DNK nisu kancerogene, promjene povezane sa starenjem, bezopasan ili sam rješava. Bez testa nikad ne biste saznali za njih. Zato više probira i više dijagnoza raka možda nisu uvijek dobre stvari, Patel je rekao, a trebaju ih odrediti stručni kliničari.

Tim je također upozorio da čak i ako mikrobno očitavanje ukazuje na rak, pacijentu će vjerojatno biti potrebni dodatni testovi za potvrdu dijagnoze, odrediti stadij tumora i identificirati njegovo točno mjesto.

Gledajući naprijed

Knight je rekao kako mnogi izazovi tek predstoje dok njegov tim dalje razvija ova početna zapažanja u dijagnostički test za rak koji je odobrila FDA. Najviše od svega, moraju potvrditi svoje nalaze u mnogo većoj i raznolikijoj populaciji pacijenata, skup poduhvat. Moraju definirati kako bi među mnogima moglo izgledati "zdravo" očitavanje mikroorganizama na bazi krvi, raznoliki ljudi. Također bi htjeli utvrditi dolaze li mikrobni potpisi koje mogu otkriti u ljudskoj krvi dolaze od živih mikroba, mrtvi mikrobi ili mrtvi mikrobi koji su se otvorili, raspršivanje njihovog sadržaja -; uvid koji bi im mogao pomoći da poboljšaju i poboljšaju svoj pristup.

Za unaprjeđenje očitanja mikrobne DNK na bazi krvi kroz sljedeće korake prema regulatornom odobrenju, komercijalizacija i klinička primjena dijagnostičkog testa, Knight i Poore podnijeli su patentne prijave i osnovali su tvrtku za izdvajanje pod nazivom Micronoma, sa koautoricom Sandrine Miller-Montgomery, Doktor znanosti, profesor prakse na Jacobs School of Engineering i izvršni direktor Centra za mikrobiomske inovacije na UC San Diego.

Najnovije istraživanje moglo bi potaknuti važne pomake u području biologije raka, Rekao je Poore.

"Na primjer, uobičajena je praksa da mikrobiolozi u svojim eksperimentima koriste mnoge kontrole onečišćenja, no oni su se povijesno rijetko koristili u studijama raka, "Nadamo se da će ova studija potaknuti buduće istraživače raka na" mikrobiološku svijest "."

Istraživači također sugeriraju da dijagnostika raka može biti samo početak za novootkriveni mikrobiom krvi povezan s rakom.

"Ovo novo shvaćanje načina na koji se mikrobne populacije mijenjaju s rakom moglo bi otvoriti potpuno novi terapijski put, "Miller-Montgomery je rekao." Sada znamo da mikrobi postoje, ali što rade? Možemo li manipulirati ili oponašati te mikrobe za liječenje raka? "

• Krvni test za mikrobnu DNK mogao bi upozoriti na rak
• Prehrana utječe na tijek bolesti multiple skleroze