Onderzoek door een internationaal team van wetenschappers, waaronder Brazilianen, heeft een verband gevonden tussen colorectale kanker en veranderingen in darmmicrobiotapatronen die niet afhankelijk zijn van de voedingsgewoonten van de bestudeerde populaties. De ontdekking maakt de weg vrij voor de ontwikkeling van niet-invasieve tests die het ontstaan van de ziekte kunnen voorspellen.
De studie wordt deze maandag gepubliceerd, 1 april, in het tijdschrift Nature Medicine. De eerste auteur is Andrew Maltez Thomas, die is gepromoveerd in bio-informatica aan de Universiteit van São Paulo (USP), Brazilië. Thomas werd ondersteund door São Paulo Research Foundation - FAPESP via een beurs voor een onderzoeksstage aan de Universiteit van Trento in Italië.
In een van de grootste en meest gevarieerde enquêtes die ooit over dit onderwerp zijn gehouden, de onderzoekers combineerden metagenomics, bio-informatica en machine learning (met behulp van kunstmatige intelligentie) om het optreden van colorectale kanker te correleren met gegevens over de darmflora voor 969 mensen in Canada, China, Frankrijk, Duitsland, Japan en de Verenigde Staten.
De bevindingen identificeerden groepen micro-organismen die geassocieerd zijn met colorectale kanker in alle bestudeerde populaties, en handtekeningen in het microbiële metabolisme (patronen van metabolieten geproduceerd door micro-organismen) die kunnen worden gebruikt om het optreden van de ziekte te voorspellen. Het onderzoek had nog twee andere belangrijke uitkomsten. Een daarvan is de ontdekking in de darmen van darmkankerpatiënten van een specifieke bacteriesoort die veel voorkomt in de mond en luchtwegen. De andere is een correlatie tussen colorectale kanker en de aanwezigheid van het gen voor een microbieel enzym dat choline afbreekt, een essentiële vitamine B-groep voedingsstof.
De studie vond hogere niveaus van de bacteriesoort Fusobacterium nucleatum bij patiënten met colorectale kanker dan bij gezonde personen. Deze bacterie komt normaal gesproken voor in de mond, en men dacht dat de zuurgraad van andere delen van het maagdarmkanaal er dodelijk voor was.
"Grotere aantallen orale bacteriën hebben de neiging om naar de darm te reizen bij patiënten met colorectale kanker. Deze migratie kan ontstekingen in de darm veroorzaken, waardoor de tumor ontstaat, "zei Thomas. "Echter, we weten de werkelijke reden voor de migratie niet, alleen dat er een verband is tussen de aanwezigheid van deze bacteriën in de darm en darmkanker en dat het verband het verdient om nader onderzocht te worden."
De andere ontdekking, een significante aanwezigheid van het gen voor het microbiële enzym choline-trimethylamine-lyase (cutC) in fecale monsters van darmkankerpatiënten, versterkt de mogelijkheid van een kankerverwekkend verband tussen de darmflora en een vettig dieet, blijkt uit eerder onderzoek. "Als het enzym choline splitst, die overvloedig aanwezig is in diëten met grote hoeveelheden rood vlees en ander vet voedsel, het geeft aceetaldehyde vrij, een bekende kankerverwekkende stof, "zei Tomas.
In de studie, de onderzoekers gebruikten gegevens over de samenstelling en abundantie van alle bacteriën in 969 fecale monsters. Om een eenvoudige analysemethode te ontwikkelen die op grote schaal kan worden gebruikt door klinieken en ziekenhuizen, ze selecteerden de statistisch significante bacteriën.
"Onze resultaten van 16 soorten bacteriën waren vergelijkbaar met die van analyses met alle soorten. Dit is een belangrijke stap in de ontwikkeling van een eenvoudig diagnostisch hulpmiddel dat de noodzaak om de hele microbiota te sequencen overbodig maakt, maar toch de nodige precisie heeft, "zei Tomas.
Associatie is geen causaal verband
Onderzoek naar de verbanden tussen de darmflora en de menselijke gezondheid is de afgelopen tien jaar toegenomen, maar de nieuwe studie innoveert door bacteriën te beschouwen als markers van de ontwikkeling van ziekten.
"Markers worden meestal direct in verband met tumorcellen gezocht. We gebruiken een ander concept. Onze analyse is gebaseerd op veranderingen in een relatief kleine set bacteriën in een spectrum van honderden bacteriën die in de darm leven en kunnen wijzen op de aanwezigheid van een ziekte, " zei Emmanuel Dias-Neto, een onderzoeker bij AC Camargo Cancer Center's International Research Center (CIPE) en een co-auteur van het artikel.
Sequentiebepaling van DNA verkregen uit de darmmicrobiota stelde de onderzoekers in staat om de bacteriën te identificeren die aanwezig zijn in elk fecaal monster, om de hoeveelheid van elke bacterie te meten, en om varianten in hun genomen te identificeren die mogelijk verband houden met verschillende uitkomsten, zoals een verhoogd risico op colorectale kanker.
Het moet benadrukt worden, echter, dat de studie niet aantoonde dat veranderingen in de darmflora colorectale kanker veroorzaken.
"We hebben een verband ontdekt, maar dat impliceert niet noodzakelijk een causaal verband. De vraag is of bepaalde bacteriën kanker kunnen veroorzaken of dat kanker een andere omgeving in het darmkanaal creëert en daardoor bepaalde bacteriën bevoordeelt boven andere. We hebben nog geen antwoord, die fundamenteel zouden zijn voor de resultaten van het in het artikel beschreven onderzoek om therapieën voor de behandeling van colorectale kanker te helpen ontwikkelen, " zei João Carlos Setubal, Hoogleraar aan de afdeling Biochemie van de Universiteit van São Paulo, coördinator van het Interunit Graduate Programme in Bioinformatics van dezelfde universiteit, en ook een co-auteur van het artikel. Setubal en Dias-Neto begeleidden Thomas' promotieonderzoek.
Computationele analyse
Volgens de onderzoekers is dit is misschien wel de grootste studie ooit van colorectale kanker op basis van gegevens van fecale monsters en dergelijke uiteenlopende populaties. De groep analyseerde gegevens uit vijf openbare onderzoeken en twee andere onderzoeken van onderzoekers van de Universiteit van Trento.
Met de gegevens uit deze zeven onderzoeken konden ze enzymen en bacteriën identificeren, en om uit te zoeken hoe de darmflora de ontwikkeling van colorectale kanker kan voorspellen. Ze gebruikten gegevens van twee andere onderzoeken met 200 monsters om hun bevindingen te valideren.
"DNA-sequencing van de monsters, waarvoor onderscheid moest worden gemaakt tussen microbiota-DNA en menselijk DNA, was een middel om de soorten micro-organismen en hun genen in de monsters te identificeren en te kwantificeren, " zei Thomas. "We hebben DNA uit de fecale monsters gehaald en de volgorde ervan bepaald. Vervolgens hebben we computationele methoden gebruikt om de gegevens te analyseren. Als resultaat waren we in staat om de soort en de overvloed aan genen te identificeren en te kwantificeren."
Omdat de gegevens uit verschillende onderzoeken kwamen, de onderzoekers gebruikten geavanceerde statistische methoden om ze als een ensemble te analyseren.
"We gebruikten meta-analytische statistische methoden en machine learning-technieken om erachter te komen hoe voorspellend de resultaten waren, "zei Tomas.
De bevindingen werden gevalideerd door Nicola Segata, een computationeel bioloog aan de Universiteit van Trento en supervisor in het buitenland voor het project, en versterkt door een andere studie uitgevoerd in het European Molecular Biology Laboratory (EMBL) in Duitsland naar het verband tussen darmmicrobioom en kanker. Een artikel over de EMBL-studie is gepubliceerd in hetzelfde nummer van Nature Medicine.
"Tijdens het opstellen van de artikelen, we hebben gegevens en informatie uitgewisseld met de andere groep in een partnerschap dat van groot belang bleek om onze bevindingen te versterken. Hoewel we machinale leertechnieken en verschillende statistische methoden hebben gebruikt, we kwamen tot dezelfde conclusie dat het darmmicrobioom de aanwezigheid van colorectale kanker in verschillende populaties en studies kan voorspellen, "zei Tomas.
Biologische therapie kan het risico op ernstige COVID-19 verminderen
Onderzoek zegt bij SARS-CoV-2 hondeninfectie,
Wat is een ERCP?
Vrouwen geboren met een keizersnede hebben een groter risico op obesitas en diabetes
Anti-coronavirusmoleculen van microben kunnen de sleutel zijn tot nieuwe behandelingen
Wat is de deal met hepatitis C?
Waarom u natuurlijke bronnen van vezels in uw dieet zou moeten opnemen
De belangstelling voor koolhydraatarme diëten zoals het ketogeen dieet of Atkins is de laatste jaren gegroeid. Echter, zoals slechte vetten en goede vetten, koolhydraten kunnen ook worden onderverdeel
Studie koppelt consumptie van gefermenteerde groenten aan lage COVID-19-sterfte
Een intrigerende nieuwe studie door onderzoekers in Europa suggereert dat de sterftecijfers voor coronavirusziekte 2019 (COVID-19) waarschijnlijk lager zullen zijn in landen waar het dieet rijk is aan
Wat u eet, kan de manier veranderen waarop antibiotica uw darmen beïnvloeden
Een nieuwe studie door onderzoekers van de Brown University in Rhode Island heeft aangetoond dat voeding van invloed kan zijn op hoe het darmmicrobioom wordt beïnvloed door behandeling met antibiotica