Exame de sangue para DNA microbiano pode alertar sobre câncer

Um novo estudo publicado na revista Natureza em 11 de março, 2020, poderia transformar as visões atualmente sustentadas sobre a causa e o diagnóstico do câncer. Os pesquisadores criaram uma nova técnica para detectar a presença e o tipo de câncer, observando o DNA microbiano que circula no sangue da pessoa que está sendo examinada.

p O câncer é uma doença causada por mutações nos genes do organismo por ela afetado. Essas mutações resultam na desregulação das células envolvidas, desativando programas que modulam o crescimento e a proliferação celular, ou que formam tumores.

p Contudo, todos os cânceres humanos não são causados ​​por mutações apenas no genoma humano. Por exemplo, os cânceres pancreáticos são mais frequentemente hospedeiros de micróbios que degradam as drogas quimioterápicas mais comumente usadas nesses pacientes, conforme mostrado por um estudo de 2017 na revista Science. Isso levou o pesquisador Gregory Poore a buscar o papel dos micróbios em vários tipos de câncer.

p Juntando-se a especialistas em várias disciplinas, os pesquisadores exploraram as interações em várias camadas que ocorrem entre os tumores e o hospedeiro de micróbios que vivem no corpo humano. O pesquisador sênior Rob Knight disse:"Quase todos os esforços de pesquisa de câncer anteriores presumiram que os tumores são ambientes estéreis e ignoraram a complexa interação que as células cancerosas humanas podem ter com as bactérias, vírus e outros micróbios que vivem dentro e sobre nossos corpos. O número de genes microbianos em nossos corpos supera amplamente o número de genes humanos, portanto, não deve ser surpresa que eles nos dêem pistas importantes sobre nossa saúde. "

Detectar o câncer em seus estágios iniciais a partir de uma simples coleta de sangue é o objetivo de várias empresas que atualmente desenvolvem 'biópsias líquidas' para detectar DNA de tumor humano em circulação. Agora, pesquisadores da UC San Diego demonstraram que podem determinar quem tem câncer, e que tipo, com base em uma leitura de DNA microbiano encontrado em seu sangue. Crédito da imagem:Szabolcs Borbely / Shutterstock

Micróbios associados a tumores

p A primeira etapa foi examinar os dados sobre genes microbianos arquivados no Atlas do Genoma do Câncer, que é um enorme banco de dados de dados genômicos associados a tumores coletados de milhares de tumores e mantidos pelo National Cancer Institute. Os pesquisadores dizem que é a primeira vez que cientistas tentam identificar DNA microbiano a partir de dados genômicos humanos em uma escala tão impressionante.

p Eles examinaram mais de 18 anos, 000 amostras de tumores humanos, tirado de quase 10, 500 pacientes com 33 tipos diferentes de tumores. Eles tentaram encontrar padrões distintos de genes microbianos associados a tumores específicos. Alguns já são conhecidos, como a ligação entre o HPV (papilomavírus humano) e o câncer do colo do útero, cabeça, e pescoço, ou aquele de Fusobacterium espécies com cânceres do intestino.

p Os cientistas também detectaram muitos novos padrões microbianos que eram capazes de distinguir um tipo de câncer de outro. Um exemplo é o de Faecalibacterium , uma espécie que pode distinguir o câncer de cólon de outros tipos de tumor.

p Os pesquisadores, portanto, chegaram a uma compreensão de como é o microbioma de milhares de amostras de câncer. A próxima etapa foi usar o poder do aprendizado de máquina para ver se algum desses padrões microbianos era específico para determinados tipos de câncer. Eles treinaram seus programas de aprendizado de máquina para pegar essas associações específicas e usá-las para diagnosticar o tipo de câncer. Eles então testaram centenas de modelos e descobriram, para sua gratificação, que eles poderiam identificar o tipo de câncer com base apenas no DNA microbiano no sangue.

Detecção precoce de câncer

p O próximo passo, para os cientistas, era eliminar cânceres avançados do conjunto de dados. O programa ainda era capaz de distinguir muitos tipos de câncer nos estágios I e II com base apenas em dados microbianos. Os pesquisadores então realizaram procedimentos rigorosos para descontaminar os dados de bioinformática, o que significa que mais de 90% dos dados microbianos foram removidos. Mesmo assim, a máquina identificou corretamente muitos cânceres iniciais por tipo.

Testando

p Em um estudo piloto, a equipe de pesquisadores coletou amostras de sangue de cerca de 100 pacientes com três tipos de câncer, incluindo aproximadamente 60, 25, e 15 pacientes, cada um com próstata, pulmão, e câncer de melanoma. Eles usaram suas ferramentas personalizadas para garantir que os dados fossem o mais confiáveis ​​possível, eliminando leituras contaminantes. Eles então fizeram leituras do perfil microbiano para cada uma das amostras de sangue.

p Comparando esses perfis entre si e com as amostras de plasma retiradas de cerca de 70 voluntários livres de doenças, a equipe descobriu que seus modelos de aprendizado de máquina podem diferenciar as pessoas com câncer daquelas sem ele, na maioria dos casos. Isso é, eles poderiam pegar 86% das pessoas com câncer de pulmão enquanto descartavam a doença pulmonar corretamente em todos os indivíduos negativos para essa condição. Eles também podiam distinguir entre cada um dos tipos de câncer. Por exemplo, eles podiam dizer corretamente em 81% dos casos se o paciente tinha câncer de pulmão ou câncer de próstata.

p O co-autor Sandip Pravin Patel diz:"A capacidade, em um único tubo de sangue, ter um perfil abrangente do DNA do tumor (natureza), bem como do DNA da microbiota do paciente (nutrição), por assim dizer, é um passo importante para entender melhor as interações hospedeiro-ambiente no câncer. "Ele explica que é possível usar essa abordagem para acompanhar como o genoma do tumor e da microbiota muda com o tempo, assim, usá-lo não apenas como um diagnóstico, mas como uma ferramenta de monitoramento para o acompanhamento de longo prazo da eficácia do tratamento.

p Ele continua, "Isso pode ter implicações importantes para o tratamento de pacientes com câncer, e na detecção precoce do câncer, se esses resultados continuarem a se manter em testes posteriores. "

Melhor do que o antigo?

p Patel explica que a maioria dos cânceres hoje podem ser diagnosticados apenas por biópsia cirúrgica, que envolve a remoção de um pedaço do tumor suspeito e o exame de especialistas. O diagnóstico é baseado em marcadores moleculares específicos para cada tipo de câncer. O problema com essa abordagem é que ela é invasiva, leva tempo, e é caro.

p Recentemente, biópsias líquidas foram desenvolvidas para muitos desses tipos de câncer. Aqui, uma amostra de sangue é usada para detectar mutações específicas no DNA humano encontrado na circulação para diagnosticar tumores específicos. Embora os marcadores sanguíneos (principalmente moléculas encontradas na superfície das células tumorais) já estejam sendo usados ​​para diagnosticar e monitorar o curso de alguns tumores, marcadores genéticos são relativamente novos. Eles são usados ​​em alguns tumores para rastrear o curso da doença, mas seu uso para diagnóstico de tumor não é aprovado pela Food and Drug Administration (FDA).

p A razão é a pouca precisão desses testes em discriminar entre variações normais em genes humanos e a verdadeira presença de mutações no câncer inicial. Não só isso, diz Patel, "eles não podem detectar câncer onde as alterações genômicas humanas não são conhecidas ou não são detectáveis."

p Isso significa que as biópsias líquidas tendem a ter uma alta taxa de falso-negativos, especialmente para tumores raros. Se a taxa de mutação for baixa, e o número de células eliminadas também é baixo, as chances de pegar a mutação são poucas. Assim, o paciente pode muito bem ser informado de que não há evidências de câncer, apesar da presença de um tumor.

p O teste atual, que se baseia na detecção de DNA microbiano em vez de DNA tumoral, é que reflete mudanças mais perceptíveis porque, ao contrário da uniformidade do DNA humano em todos os tecidos do corpo humano, perfis de DNA microbiano variam imensamente de tecido para tecido. Assim, em vez de esperar pegar uma das mudanças relativamente raras no DNA humano para diagnosticar um tumor, é mais fácil detectar mudanças no DNA microbiano que podem refletir com precisão a presença de câncer, bem como seu tipo, no início do processo de formação do tumor, em comparação com biópsias líquidas, pelo menos em seu estágio atual. Isso também se aplica a cânceres que não apresentam mutações genéticas atualmente detectáveis ​​por meio de biópsias líquidas.

Limitações

p A plataforma atual ainda pode retornar falsos negativos, dizem os pesquisadores, mas eles estão refinando sua abordagem com mais dados para aumentar a precisão da previsão. Outro perigo dessa abordagem é o sobrediagnóstico de tumores ou uma alta taxa de falsos positivos.

p E em terceiro lugar, muitas mutações não são cancerosas, mas estão relacionadas com a idade ou são do tipo que se resolve espontaneamente. Na verdade, sem o teste de DNA microbiano, o indivíduo nunca saberia nada sobre eles. Mesmo alguns cânceres iniciais não merecem tratamento. Como resultado, é essencial lembrar que o rastreamento e o diagnóstico precoce do câncer nem sempre são necessários. A necessidade de tais procedimentos deve ser decidida por um médico.

p Leituras microbianas positivas também não devem ser interpretadas como significando câncer, a menos que testes adicionais sejam feitos para confirmar a presença de um tumor, determinar seu tipo e sua localização.

O futuro

p A equipe está ansiosa para desenvolver um teste aprovado pela FDA para diagnosticar o câncer.

p Para alcançar isto, eles precisam traçar o perfil dos padrões microbianos 'normais' entre pessoas saudáveis ​​de muitas populações diferentes. Em segundo lugar, eles devem decidir se as assinaturas microbianas encontradas no sangue morto refletem a presença de mortos, viver, ou micróbios totalmente abertos. Isso é importante para desenvolver uma abordagem mais precisa.

p Os resultados preliminares devem ser validados em uma população maior com uma variedade muito maior de pacientes, que envolve um alto custo inicial. Para ajudar a atingir seus objetivos, a equipe entrou com pedidos de patentes e abriu uma empresa chamada Micronoma.

As implicações

p Os pesquisadores apontam que, embora os microbiologistas usem comumente protocolos de descontaminação em seu trabalho, não é uma prática frequente em estudos de câncer. Eles esperam que este estudo mude a ênfase no campo da biologia do câncer, tornando os cientistas do câncer mais conscientes dos micróbios do corpo humano.

p Em segundo lugar, poderia ajudar a impulsionar o novo campo de microbiomas sanguíneos associados ao câncer para a terapêutica, ajudando a entender o que os micróbios estão fazendo no câncer e se eles podem ser usados ​​para tratar essas doenças. E se, a próxima questão é se eles podem ser fornecidos ou simulados para tratar o câncer com mais sucesso.

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