Il cancro è una malattia dovuta a mutazioni nei geni dell'organismo che ne è affetto. Queste mutazioni provocano la disregolazione delle cellule coinvolte, disattivare i programmi che modulano la crescita e la proliferazione cellulare, o che formano tumori.
Però, tutti i tumori umani non sono causati solo da mutazioni nel genoma umano. Ad esempio, i tumori del pancreas sono più spesso ospiti di microbi che scompongono i farmaci chemioterapici più comunemente usati in questi pazienti, come mostrato da uno studio del 2017 sulla rivista Science. Ciò ha portato il ricercatore Gregory Poore a perseguire il ruolo dei microbi in vari tipi di cancro.
Collaborando con esperti di varie discipline, i ricercatori hanno esplorato le interazioni multistrato che si verificano tra i tumori e l'ospite di microbi che vivono sopra e nel corpo umano. Il ricercatore senior Rob Knight ha affermato:"Quasi tutti i precedenti sforzi di ricerca sul cancro hanno ipotizzato che i tumori siano ambienti sterili e hanno ignorato la complessa interazione che le cellule tumorali umane possono avere con i batteri, virus e altri microbi che vivono all'interno e sul nostro corpo. Il numero di geni microbici nei nostri corpi supera di gran lunga il numero di geni umani, quindi non dovrebbe sorprendere che ci diano importanti indizi sulla nostra salute".
Rilevare il cancro nelle sue prime fasi da un semplice prelievo di sangue è l'obiettivo di diverse aziende che stanno attualmente sviluppando "biopsie liquide" per rilevare il DNA del tumore umano circolante. Ora i ricercatori dell'UC San Diego hanno dimostrato di poter determinare chi ha il cancro, e che tipo, sulla base di una lettura del DNA microbico trovato nel loro sangue. Credito di immagine:Szabolcs Borbely/Shutterstock Il primo passo è stato quello di esaminare i dati sui geni microbici archiviati in The Cancer Genome Atlas, che è un enorme database di dati genomici associati al tumore raccolti da migliaia di tumori e gestito dal National Cancer Institute. I ricercatori affermano che la loro è la prima volta che gli scienziati hanno tentato di identificare il DNA microbico dai dati genomici umani su una scala così impressionante.
Hanno esaminato più di 18 anni, 000 campioni di tumori umani, preso da quasi 10, 500 pazienti con 33 diversi tipi di tumori. Hanno cercato di trovare modelli distintivi di geni microbici associati a tumori specifici. Alcuni sono già noti, come il legame tra HPV (papillomavirus umano) e cancro della cervice, testa, e collo, o quello di Fusobatterio specie con tumori intestinali.
Gli scienziati hanno anche individuato molti nuovi modelli microbici in grado di distinguere un tipo di cancro da un altro. Un esempio è quello di Faecalibacterium , una specie in grado di distinguere il cancro del colon da altri tipi di tumore.
I ricercatori sono così arrivati a capire come appare il microbioma di migliaia di campioni di cancro. Il passo successivo è stato quello di utilizzare la potenza dell'apprendimento automatico per vedere se qualcuno di questi modelli microbici fosse specifico per alcuni tipi di cancro. Hanno addestrato i loro programmi di apprendimento automatico per raccogliere tali associazioni specifiche e usarle per diagnosticare il tipo di cancro. Hanno quindi testato le loro centinaia di modelli e hanno scoperto, alla loro gratificazione, che potrebbero identificare il tipo di cancro basato esclusivamente sul DNA microbico nel sangue.
Il prossimo passo, per gli scienziati, era quello di eliminare i tumori avanzati dal set di dati. Il programma era ancora in grado di distinguere molti tipi di cancro agli stadi I e II basandosi solo su dati microbici. I ricercatori hanno quindi eseguito rigorose procedure per decontaminare i dati bioinformatici, il che significa che oltre il 90% dei dati microbici è stato rimosso. Comunque, la macchina ha identificato correttamente molti tumori precoci per tipo.
In uno studio pilota, il team di ricercatori ha prelevato campioni di sangue da circa 100 pazienti con tre tipi di cancro, di cui circa 60, 25, e 15 pazienti, ciascuno con la prostata, polmone, e il cancro del melanoma. Hanno utilizzato i loro strumenti personalizzati per garantire che i dati fossero il più affidabili possibile eliminando le letture contaminanti. Hanno quindi preso le letture del profilo microbico per ciascuno dei campioni di sangue.
Confrontando questi profili tra loro e con i campioni di plasma prelevati da circa 70 volontari sani, il team ha scoperto che i loro modelli di apprendimento automatico potrebbero differenziare le persone con il cancro da quelle senza, nella maggioranza dei casi. Questo è, potrebbero rilevare l'86% delle persone con cancro ai polmoni escludendo correttamente la malattia polmonare in tutti gli individui negativi per questa condizione. Potrebbero anche distinguere tra ciascuno dei tipi di cancro. Ad esempio, potevano giustamente dire nell'81% dei casi se il paziente aveva un cancro ai polmoni o un cancro alla prostata.
Il coautore Sandip Pravin Patel afferma:"La capacità, in un unico tubo di sangue, avere un profilo completo del DNA del tumore (natura) e del DNA del microbiota del paziente (nutrimento), per così dire, è un importante passo avanti nella migliore comprensione delle interazioni ospite-ambiente nel cancro." Spiega che è possibile utilizzare questo approccio per tenere traccia di come il genoma del tumore e del microbiota cambiano nel tempo, utilizzandolo quindi come strumento non solo diagnostico ma di monitoraggio per il follow-up a lungo termine dell'efficacia del trattamento.
Lui continua, "Questo potrebbe avere importanti implicazioni per la cura dei malati di cancro, e nella diagnosi precoce del cancro se questi risultati continuano a reggere in ulteriori test".
Patel spiega che la maggior parte dei tumori oggi può essere diagnosticata solo mediante biopsia chirurgica, che comporta la rimozione di un pezzo del tumore sospetto e l'esame da parte di esperti. La diagnosi si basa sui marcatori molecolari specifici per ogni tipo di cancro. Il problema di questo approccio è che è invasivo, Ci vuole tempo, ed è costoso.
Recentemente, biopsie liquide sono state sviluppate per molti di questi tumori. Qui viene utilizzato un campione di sangue per rilevare mutazioni specifiche nel DNA umano trovato in circolazione per diagnosticare tumori specifici. Mentre i marcatori ematici (per lo più molecole presenti sulla superficie delle cellule tumorali) sono già utilizzati per diagnosticare e monitorare il decorso di alcuni tumori, i marcatori genetici sono relativamente nuovi. Sono utilizzati in alcuni tumori per tracciare il decorso della malattia, ma il loro uso per la diagnosi del tumore non è approvato dalla Food and Drug Administration (FDA).
Il motivo è la scarsa accuratezza di questi test nel discriminare tra le normali variazioni nei geni umani e la reale presenza di mutazioni nei tumori precoci. Non solo così, dice Patel, "non possono rilevare i tumori in cui le alterazioni genomiche umane non sono note o non sono rilevabili".
Ciò significa che è probabile che le biopsie liquide abbiano un alto tasso di falsi negativi, soprattutto per i tumori rari. Se il tasso di mutazione è basso, e anche il numero di cellule sparse è basso, le possibilità di cogliere la mutazione sono davvero poche. Così, al paziente potrebbe essere detto che non ci sono prove di cancro nonostante la presenza di un tumore.
L'attuale test che si basa sulla rilevazione del DNA microbico piuttosto che del DNA tumorale, è che riflette cambiamenti più evidenti perché, a differenza dell'uniformità del DNA umano in tutti i tessuti del corpo umano, i profili del DNA microbico variano enormemente da tessuto a tessuto. Così, piuttosto che sperare di cogliere uno dei cambiamenti relativamente rari nel DNA umano per diagnosticare un tumore, è più facile rilevare cambiamenti nel DNA microbico che potrebbero riflettere accuratamente la presenza di tumori e il loro tipo, prima nel processo di formazione del tumore, rispetto alle biopsie liquide, almeno nella loro fase attuale. Questo vale anche per i tumori che non hanno mutazioni genetiche attualmente rilevabili mediante biopsie liquide.
La piattaforma attuale potrebbe ancora restituire falsi negativi, dicono i ricercatori, ma stanno perfezionando il loro approccio con più dati per aumentare l'accuratezza della previsione. Un altro pericolo con questo approccio è la sovradiagnosi dei tumori o un alto tasso di falsi positivi.
E terzo, molte mutazioni non sono cancerose ma sono legate all'età o sono del tipo che si risolve spontaneamente. Infatti, senza il test del DNA microbico, l'individuo non avrebbe mai saputo di loro. Anche alcuni tumori precoci non meritano davvero di essere curati. Di conseguenza, è essenziale ricordare che lo screening e la diagnosi precoce del cancro non sono sempre necessari. La necessità di tali procedure dovrebbe essere decisa da un medico.
Anche le letture microbiche positive non dovrebbero essere considerate come un cancro a meno che non vengano eseguiti ulteriori test per confermare la presenza di un tumore, determinarne il tipo e la posizione.
Il team non vede l'ora di sviluppare un test approvato dalla FDA per diagnosticare il cancro.
Per realizzare questo, hanno bisogno di profilare i modelli microbici "normali" tra persone sane di molte popolazioni diverse. In secondo luogo, devono decidere se le firme microbiche trovate nel sangue morto riflettono la presenza di morti, abitare, o microbi esplosi. Questo è importante per sviluppare un approccio più accurato.
I risultati preliminari devono essere convalidati in una popolazione più ampia con una varietà molto maggiore di pazienti, che comporta un alto costo in anticipo. Per aiutarli a raggiungere i loro obiettivi, il team ha depositato domande di brevetto e avviato una società chiamata Micronoma.
I ricercatori sottolineano che sebbene i microbiologi utilizzino comunemente protocolli di decontaminazione nel loro lavoro, non è una pratica frequente negli studi sul cancro. Sperano che questo studio cambierà l'enfasi nel campo della biologia del cancro, rendendo gli scienziati del cancro più consapevoli dei microbi nel corpo umano.
In secondo luogo, potrebbe aiutare a spingere in avanti il nuovo campo dei microbiomi ematici associati al cancro nelle terapie, aiutando a capire cosa stanno facendo i microbi nel cancro e se possono essere usati per trattare queste condizioni. E se così fosse, la domanda successiva è se possono essere forniti o imitati per curare il cancro con maggiore successo.
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