Cancer Microbiome Atlas gir et tydeligere bilde av mikrobiota som lever i organer

Biomedisinske ingeniører ved Duke University har utviklet en algoritme for å fjerne forurenset mikrobiell genetisk informasjon fra The Cancer Genome Atlas (TCGA). Med et klarere bilde av mikrobiotaen som lever i forskjellige organer i både sunne og kreftstilstander, forskere vil nå kunne finne nye biomarkører for sykdom og bedre forstå hvordan mange kreftformer påvirker menneskekroppen.

I den første studien som brukte det nylig dekontaminerte datasettet, forskerne har allerede oppdaget at normale og kreftfremkallende organvev har en litt annen mikrobiotasammensetning, at bakterier fra disse syke stedene kan komme inn i blodet, og at denne bakterielle informasjonen kan hjelpe til med å diagnostisere kreft og forutsi pasientens utfall.

Resultatene vises online 30. desember i journalen Cellvert og mikrobe .

TCGA er et landemerke for kreftgenomikk som molekylært karakteriserte over 20, 000 primærkreft og matchende friske prøver som spenner over 33 kreftformer. Den har produsert mer enn 2,5 millioner gigabyte med "omiske" data. Atlaset inkluderer hvilket DNA som er tilstede, hvilke epigenetiske markører er på DNA, hvilket DNA som slås på og hvilke proteiner som produseres. Det er fritt tilgjengelig for offentlig bruk.

En studie fra atlasdata avslørte en overflod av Fusobacterium nucleatum i tykktarmskreft, som siden har vist seg å være en indikasjon på scenen, overlevelse, metastaser og til og med legemiddelresponser av denne typen kreft. Mange flere studier har søkt etter slike bakterielle biomarkører, men få er oppdaget. En stor årsak til dette er forurensning.

Når bakterier tilfeldigvis blir introdusert i prøvene av laboratoriene, blir det vanskelig å se hvilken art som egentlig var i prøvene til å begynne med. Mens lignende mikrobiomstudier ved bruk av mikroberikt materiale som avføring kan overvinne små mengder forurensning, de relativt små prøvene som er tatt fra levende menneskelige organer og svulstprøver kan ikke.

Når du undersøker et delsett av TCGA -sekvenseringsdata, tidligere analyser fant at mikrobielt DNA fra en rekke arter var et resultat av laboratoriekontaminering.

Alle mikrobiotostudier er plaget av forestillingen om at hvis du finner en mikrobe, var det virkelig i vevet eller ble det forurensning introdusert under behandlingen? Vi har oppfunnet en metode som kan trekke ut mikrober som virkelig var i hver prøve, og brukte den til å bygge det vi har kalt The Cancer Microbiome Atlas, som vil være en enorm ressurs for samfunnet og tillate oss å forstå hvordan kreft endrer et organs mikrobiom. "

Xiling Shen, Hawkins Family Associate Professor i biomedisinsk ingeniørfag ved Duke

Metoden for å fjerne forurensning fra TCGA -data ble oppfunnet av Anders Dohlman, en doktorgradsstudent i Shens laboratorium. Dohlman sammenlignet først mikrobiomsignaturene mellom kreftvev fra forskjellige organer og blod, og utelukket forurensende arter som dukket opp uten forskjell. Deretter sammenlignet han mikrobiomsignaturene til identiske prøver som ble behandlet på separate steder, alt fra Harvard til Baylor. Dohlman konkluderte med at de mikrobielle artene som bare kan påvises fra et bestemt sted, ville være forurensningene, slik at han kan tildele en unik forurensningssignatur for hvert nettsted.

"En stor utfordring i denne prosessen var arter med blandet bevis, som er bakterier som både er forurensende og endogene i vevet, "sa Dohlman." Men fordi TCGA har så mange forskjellige typer data, vi klarte å plage det ut. Big data hjelper virkelig! "

Innsatsen gir allerede utbytte på en rekke måter. Etter å ha brukt Dohlmans dekontamineringsalgoritme, forskerne tok en nærmere titt på mikrobiotasignaturene til prøver tatt fra tykktarmskreftpasienter. De oppdaget to unike grupper av bakterier som ofte finnes sammen, hvorav den ene ser ut til å være assosiert med pasientoverlevelse.

Forskerne oppdaget også at noen kreftformer faktisk endrer mikrobiomet i organene. Det kan være, Shen årsaker, at svulster endrer et organs mikromiljø, gjør det mer eller mindre gjestfritt for forskjellige mikrobielle arter. Og ved å lete etter mikrobielle signaturer i pasientblodprøver, de fant også ut at til tross for konvensjonell visdom, noen bakterier finner veien inn i blodet, som også kan gi en indikasjon på en krefts fremgang.

"Det har vært en slags krise i feltet om hvorvidt høyprofilerte papirer kan reproduseres eller ikke, på grunn av utfordringen med forurensning, "sa Shen." For eksempel, mens ett senter ville være i stand til å gjengi resultatene, et annet senter ville ikke. Dette forklarer hvorfor:Hvert senter har sin egen veldig konsekvente skjevhet. (Dens egne mikrobelforurensninger fra bosatt.) I fremtiden vil nye studier kan bruke vår metode for å fjerne denne skjevheten og reprodusere resultater, og forskningssentre kan kanskje bruke skjevheten vi har identifisert for å dempe smitten. "

• MIND og middelhavsdiet korrelerte med senere utbrudd av Parkinsons sykdom
• Forskere identifiserer en enkel måte å eliminere sekvenseringsfeil produsert av bærbar DNA -sequencer