Микробиота кишечника может помочь предсказать возникновение колоректального рака

Микробиота кишечника - популяция микробов, обитающих в нашем кишечнике - может быть использована для прогнозирования возникновения рака прямой кишки, второй по распространенности тип рака у женщин и третий у мужчин.

Исследование, проведенное международной группой ученых, включая бразильцев, обнаружило связь между колоректальным раком и изменениями в структуре кишечной микробиоты, которая не зависит от пищевых привычек изучаемого населения. Открытие открывает путь к разработке неинвазивных тестов, способных предсказать возникновение болезни.

Исследование опубликовано в этот понедельник. 1 апреля, в журнале Nature Medicine. Его первый автор - Эндрю Мальтез Томас, имеет докторскую степень в области биоинформатики Университета Сан-Паулу (USP), Бразилия. Томас получил поддержку Исследовательского фонда Сан-Паулу - FAPESP в виде стипендии для исследовательской стажировки в Университете Тренто в Италии.

В одном из крупнейших и самых разнообразных опросов, когда-либо проводившихся по этой теме, исследователи объединили метагеномику, биоинформатика и машинное обучение (с использованием искусственного интеллекта) для корреляции возникновения колоректального рака с данными микробиоты кишечника для 969 человек в Канаде, Китай, Франция, Германия, Япония и США.

Результаты выявили группы микроорганизмов, связанных с колоректальным раком, во всех изученных популяциях. и сигнатуры микробного метаболизма (образцы метаболитов, продуцируемых микроорганизмами), которые можно использовать для прогнозирования возникновения заболевания. Исследование дало еще два важных результата. Одним из них является обнаружение в кишечнике пациентов с колоректальным раком определенного вида бактерий, которые обычно встречаются во рту и дыхательных путях. Другой - корреляция между колоректальным раком и наличием гена микробного фермента, который расщепляет холин, незаменимое питательное вещество группы витаминов B.

Исследование обнаружило более высокие уровни бактерий вида Fusobacterium nucleatum у пациентов с колоректальным раком, чем у здоровых людей. Эта бактерия обычно обитает во рту, и кислотность других частей желудочно-кишечного тракта считалась фатальной для него.

«У пациентов с колоректальным раком большее количество оральных бактерий, как правило, попадает в кишечник. Эта миграция может вызвать воспаление в кишечнике, вызывая опухоль, - сказал Томас. мы не знаем истинную причину миграции, только то, что существует связь между присутствием этих бактерий в кишечнике и колоректальным раком, и эта связь заслуживает дальнейшего изучения ».

Другое открытие, значительное присутствие гена микробного фермента холинтриметиламинлиазы (cutC) в образцах фекалий пациентов с колоректальным раком, усиливает возможность канцерогенной связи между микробиотой кишечника и жирной диетой, на что указывают предыдущие исследования. "Когда фермент расщепляет холин, который изобилует диетами, содержащими большое количество красного мяса и другой жирной пищи, выделяет ацетальдегид, хорошо известный канцероген, "Сказал Томас.

В исследовании, исследователи использовали данные о составе и численности всех бактерий, обнаруженных в 969 образцах фекалий. Разработать простой метод анализа, который может широко использоваться в клиниках и больницах, они выбрали статистически значимые бактерии.

«Наши результаты по 16 видам бактерий были сопоставимы с результатами анализов с использованием всех видов. Это важный шаг в разработке простого диагностического инструмента, который избавляет от необходимости секвенировать всю микробиоту, но имеет необходимую точность, "Сказал Томас.

Ассоциация не причинно-следственная связь

Исследования связи между микробиотой кишечника и здоровьем человека расширились за последние десять лет. но новое исследование вводит новшества, рассматривая бактерии как маркеры развития болезни.

«Маркеры обычно ищут непосредственно в связи с опухолевыми клетками. Мы используем другую концепцию. Наш анализ основан на изменениях в относительно небольшом наборе бактерий в спектре сотен бактерий, которые живут в кишечнике и могут указывать на присутствие болезнь, "сказал Эммануэль Диас-Нето, научный сотрудник Международного исследовательского центра онкологического центра А.К. Камарго (CIPE) и соавтор статьи.

Секвенирование ДНК, полученной из микробиоты кишечника, позволило исследователям идентифицировать бактерии, присутствующие в каждом образце фекалий, для измерения количества каждой бактерии, и для выявления вариантов в их геномах, которые могут быть связаны с разными исходами, например, повышенный риск рака прямой кишки.

Следует подчеркнуть, тем не мение, что исследование не показало, что изменения в микробиоте кишечника вызывают колоректальный рак.

"Мы обнаружили ассоциацию, но это не обязательно подразумевает причинно-следственную связь. Вопрос в том, могут ли определенные бактерии вызывать рак или рак создает другую среду в колоректальном протоке и, таким образом, благоприятствует определенным бактериям по сравнению с другими. У нас еще нет ответа, что будет иметь фундаментальное значение для результатов исследования, описанного в статье, которое поможет разработать методы лечения колоректального рака, "сказал Жоао Карлос Сетубал, Профессор кафедры биохимии Университета Сан-Паулу, координатор межузловой программы для аспирантов по биоинформатике того же университета, а также соавтор статьи. Сетубал и Диас-Нето руководили докторской диссертацией Томаса.

Вычислительный анализ

По мнению исследователей, это может быть крупнейшее в истории исследование колоректального рака, основанное на данных из образцов кала и таких разнообразных популяций. Группа проанализировала данные пяти публичных исследований и двух других исследований, проведенных учеными из Университета Тренто.

На основе данных этих семи исследований они смогли идентифицировать ферменты и бактерии, и выяснить, как микробиота кишечника может предсказать развитие колоректального рака. Они использовали данные двух других исследований с 200 образцами, чтобы подтвердить свои выводы.

«Секвенирование ДНК образцов, что требовало различения ДНК микробиоты и ДНК человека, был средством идентификации и количественной оценки видов микроорганизмов и их генов, присутствующих в образцах, - сказал Томас. - Мы извлекли ДНК из образцов фекалий и секвенировали ее. Затем мы использовали вычислительные методы для анализа данных. В результате мы смогли идентифицировать и количественно оценить виды и численность генов ».

Поскольку данные получены из разных исследований, исследователи использовали сложные статистические методы, чтобы проанализировать их как ансамбль.

«Мы использовали метааналитические статистические методы и методы машинного обучения, чтобы выяснить, насколько предсказуемыми были результаты, "Сказал Томас.

Результаты были подтверждены Никола Сегата, компьютерный биолог в Университете Тренто и руководитель проекта за рубежом, и подкреплено другим исследованием, проведенным в Европейской лаборатории молекулярной биологии (EMBL) в Германии по связи между микробиомом кишечника и раком. Статья об исследовании EMBL опубликована в том же номере журнала Nature Medicine.

«Готовя статьи, мы обменивались данными и информацией с другой группой в рамках партнерства, которое оказалось очень важным для подкрепления наших выводов. Хотя мы использовали методы машинного обучения и различные статистические методы, мы пришли к такому же выводу, что микробиом кишечника может предсказать наличие колоректального рака в различных популяциях и исследованиях, "Сказал Томас.

• Новый анализ устанавливает глобальные микробные сигнатуры колоректального рака
• Рыбная слизь может быть потенциальным источником антибиотиков, результаты исследования