Tarmmikrobiota kan bidra til å forutsi forekomst av tykktarmskreft

Tarmmikrobiota - bestanden av mikrober som lever i tarmen vår - kan brukes til å forutsi forekomsten av tykktarmskreft, den nest vanligste kreftformen hos kvinner og den tredje hos menn.

Forskning fra et internasjonalt team av forskere, inkludert brasilianere, har funnet en sammenheng mellom tykktarmskreft og endringer i tarmmikrobiotamønstre som ikke er avhengig av kostvanene til populasjonene som studeres. Funnet baner vei for utvikling av ikke-invasive tester som er i stand til å forutsi fremveksten av sykdommen.

Studien publiseres denne mandagen, 1. april kl. i tidsskriftet Nature Medicine. Den første forfatteren er Andrew Maltez Thomas, som har en doktorgrad i bioinformatikk fra University of São Paulo (USP), Brasil. Thomas ble støttet av São Paulo Research Foundation - FAPESP via et stipend for forskningspraktik ved University of Trento i Italia.

I en av de største og mest varierte undersøkelsene som noen gang er gjennomført om emnet, forskerne kombinerte metagenomics, bioinformatikk og maskinlæring (med bruk av kunstig intelligens) for å korrelere forekomsten av tykktarmskreft med tarmmikrobiotadata for 969 mennesker i Canada, Kina, Frankrike, Tyskland, Japan og USA.

Funnene identifiserte grupper av mikroorganismer assosiert med tykktarmskreft i alle populasjonene som ble studert, og signaturer i den mikrobielle metabolismen (mønstre av metabolitter produsert av mikroorganismer) som kan brukes til å forutsi forekomsten av sykdommen. Forskningen hadde to andre viktige resultater. Den ene er oppdagelsen i tarmen til tykktarmskreftpasienter av en bestemt bakterieart som vanligvis finnes i munnen og luftveiene. Den andre er en sammenheng mellom tykktarmskreft og tilstedeværelsen av genet for et mikrobielt enzym som bryter ned kolin, et essensielt næringsstoff i vitamin B -gruppen.

Studien fant høyere nivåer av bakteriearten Fusobacterium nucleatum hos tykktarmskreftpasienter enn hos friske individer. Denne bakterien lever vanligvis i munnområder, og surheten i andre deler av mage -tarmkanalen ble antatt å være dødelig for den.

"Større antall orale bakterier har en tendens til å reise til tarmen hos tykktarmskreftpasienter. Denne migrasjonen kan forårsake betennelse i tarmen, forårsaker svulsten, "Sa Thomas." Imidlertid, vi vet ikke den faktiske årsaken til migrasjonen, bare at det er en sammenheng mellom tilstedeværelsen av disse bakteriene i tarmen og tykktarmskreft og at koblingen fortjener å bli undersøkt nærmere. "

Den andre oppdagelsen, en signifikant tilstedeværelse av genet for det mikrobielle enzymet kolintrimetylaminlyase (cutC) i fekale prøver fra tykktarmskreftpasienter, forsterker muligheten for en kreftfremkallende kobling mellom tarmmikrobiota og et fettrikt kosthold, indikert av tidligere forskning. "Når enzymet klyver kolin, som er rikelig i dietter som inneholder store mengder rødt kjøtt og andre fete matvarer, det frigjør acetaldehyd, et velkjent kreftfremkallende stoff, "Sa Thomas.

I studien, forskerne brukte data om sammensetning og overflod av alle bakterier som finnes i 969 fekale prøver. For å utvikle en enkel analysemetode som kan brukes mye av klinikker og sykehus, de valgte de statistisk signifikante bakteriene.

"Resultatene våre fra 16 bakteriearter var sammenlignbare med resultatene fra analyser som brukte alle artene. Dette er et viktig skritt i utviklingen av et enkelt diagnostisk verktøy som gir avkall på behovet for å sekvensere hele mikrobiotaen, men likevel har den nødvendige presisjonen, "Sa Thomas.

Forening er ikke en årsakssammenheng

Forskning på sammenhengen mellom tarmmikrobiota og menneskers helse har vokst de siste ti årene, men den nye studien nyskaper ved å tenke på bakterier som markører for utvikling av sykdom.

"Markører blir vanligvis sett etter direkte i forbindelse med tumorceller. Vi bruker et annet konsept. Vår analyse er basert på endringer i et relativt lite sett med bakterier i et spekter av hundrevis av bakterier som lever i tarmen og kan indikere tilstedeværelse av en sykdom, "sa Emmanuel Dias-Neto, en forsker ved AC Camargo Cancer Center sitt internasjonale forskningssenter (CIPE) og en medforfatter av artikkelen.

Sekvensering av DNA hentet fra tarmmikrobiota gjorde det mulig for forskerne å identifisere bakteriene som er tilstede i hver avføringsprøve, for å måle mengden av hver bakterie, og å identifisere varianter i genomene som kan være knyttet til forskjellige utfall, for eksempel økt risiko for tykktarmskreft.

Det bør understrekes, derimot, at studien ikke viste at endringer i tarmmikrobiota forårsaker tykktarmskreft.

"Vi oppdaget en tilknytning, men det betyr ikke nødvendigvis en årsakssammenheng. Spørsmålet er om spesifikke bakterier kan forårsake kreft eller kreft skaper et annet miljø i tykktarmskanalen og derved favoriserer visse bakterier fremfor andre. Vi har ikke svar ennå som ville være grunnleggende for resultatene av forskningen beskrevet i artikkelen for å hjelpe til med å utvikle terapier for behandling av tykktarmskreft, "sa João Carlos Setubal, Full professor ved University of São Paulos biokjemiske avdeling, koordinator for det samme universitetets Interunit Graduate Program in Bioinformatics, og også medforfatter av artikkelen. Setubal og Dias-Neto overvåket Thomas doktorgradsforskning.

Beregningsanalyse

Ifølge forskerne, Dette kan være den største studien noensinne av tykktarmskreft basert på data fra fekale prøver og så mangfoldige populasjoner. Gruppen analyserte data fra fem offentlige studier og to andre studier av forskere ved University of Trento.

Med dataene fra disse syv studiene var de i stand til å identifisere enzymer og bakterier, og for å finne ut hvordan tarmmikrobiota kan forutsi utviklingen av tykktarmskreft. De brukte data fra to andre studier med 200 prøver for å validere funnene sine.

"DNA -sekvensering av prøvene, som krevde å skille mellom mikrobiota -DNA og humant DNA, var et middel til å identifisere og kvantifisere arten av mikroorganismer og deres gener som er tilstede i prøvene, "Sa Thomas." Vi hentet DNA fra avføringsprøvene og sekvenserte det. Vi brukte deretter beregningsmetoder for å analysere dataene. Som et resultat var vi i stand til å identifisere og kvantifisere arten og genmengden. "

Fordi dataene kom fra forskjellige studier, forskerne brukte sofistikerte statistiske metoder for å analysere dem som et ensemble.

"Vi brukte metaanalytiske statistiske metoder og maskinlæringsteknikker for å finne ut hvor forutsigbare resultatene var, "Sa Thomas.

Funnene ble validert av Nicola Segata, en beregningsbiolog ved University of Trento og veileder i utlandet for prosjektet, og forsterket av en annen studie utført ved European Molecular Biology Laboratory (EMBL) i Tyskland om sammenhengen mellom tarmmikrobiom og kreft. En artikkel om EMBL -studien er publisert i samme nummer av Nature Medicine.

"Mens du forbereder artiklene, vi utvekslet data og informasjon med den andre gruppen i et partnerskap som viste seg svært viktig for å forsterke våre funn. Selv om vi brukte maskinlæringsteknikker og forskjellige statistiske metoder, vi kom frem til den samme konklusjonen at tarmmikrobiomet kan forutsi tilstedeværelsen av tykktarmskreft i forskjellige populasjoner og studier, "Sa Thomas.

• Ny analyse etablerer globale mikrobielle signaturer for tykktarmskreft
• Fiskeslim kan være en potensiell kilde til antibiotika, finner studier