Črevná mikroflóra môže predpovedať výskyt rakoviny hrubého čreva a konečníka

Črevnú mikrobiotu - populáciu mikróbov, ktoré žijú v našom čreve - je možné predpovedať výskyt rakoviny hrubého čreva a konečníka, druhý najčastejší typ rakoviny u žien a tretí u mužov.

Výskum medzinárodného tímu vedcov vrátane Brazílčanov zistil spojitosť medzi rakovinou hrubého čreva a konečníka a zmenami v črevnej mikroflóre, ktoré nezávisia od stravovacích návykov skúmaných populácií. Tento objav otvára cestu k vývoju neinvazívnych testov, ktoré sú schopné predpovedať vznik ochorenia.

Štúdia je zverejnená tento pondelok, 1. apríl v časopise Nature Medicine. Jeho prvým autorom je Andrew Maltez Thomas, ktorý má doktorát z bioinformatiky z University of São Paulo (USP), Brazília. Thomasa podporila Výskumná nadácia São Paulo - FAPESP prostredníctvom štipendia na výskumnú stáž na univerzite v Trente v Taliansku.

V jednom z najväčších a najrozmanitejších prieskumov, ktoré sa kedy na túto tému uskutočnili, vedci kombinovali metagenomiku, bioinformatika a strojové učenie (s využitím umelej inteligencie) na koreláciu výskytu kolorektálneho karcinómu s údajmi črevnej mikroflóry pre 969 ľudí v Kanade, Čína, Francúzsko, Nemecko, Japonsko a USA.

Zistenia identifikovali skupiny mikroorganizmov spojených s rakovinou hrubého čreva a konečníka vo všetkých skúmaných populáciách, a podpisy v mikrobiálnom metabolizme (vzory metabolitov produkovaných mikroorganizmami), ktoré je možné použiť na predpovedanie výskytu ochorenia. Výskum mal dva ďalšie dôležité výsledky. Jedným z nich je objavenie konkrétneho druhu baktérie v črevách pacientov s rakovinou hrubého čreva a konečníka, ktorý sa bežne nachádza v ústach a dýchacích cestách. Druhým je korelácia medzi rakovinou hrubého čreva a konečníka a prítomnosťou génu pre mikrobiálny enzým, ktorý degraduje cholín, základná živina zo skupiny vitamínov B.

Štúdia zistila vyššie hladiny bakteriálnych druhov Fusobacterium nucleatum u pacientov s rakovinou hrubého čreva a konečníka ako u zdravých jedincov. Táto baktéria normálne obýva oblasti úst, a kyslosť ostatných častí gastrointestinálneho traktu bola považovaná za smrteľnú.

"Väčší počet orálnych baktérií má tendenciu cestovať do čreva u pacientov s kolorektálnym karcinómom. Táto migrácia môže spôsobiť zápal v čreve, spôsobujúce vznik nádoru, „Povedal Thomas.“ Avšak nepoznáme skutočný dôvod migrácie, iba to, že existuje súvislosť medzi prítomnosťou týchto baktérií v čreve a rakovinou hrubého čreva a konečníka a že toto spojenie si zaslúži ďalšie skúmanie. “

Ďalší objav, významná prítomnosť génu pre mikrobiálny enzým cholíntrimetylamín-lyázu (cutC) vo vzorkách výkalov od pacientov s rakovinou hrubého čreva a konečníka, posilňuje možnosť karcinogénneho spojenia medzi črevnou mikroflórou a tučnou diétou, naznačené predchádzajúcim výskumom. „Keď enzým štiepi cholín, ktorý je bohatý na diéty obsahujúce veľké množstvo červeného mäsa a iných tučných jedál, uvoľňuje acetaldehyd, známy karcinogén, "Povedal Thomas.

V štúdii, vedci použili údaje o zložení a hojnosti všetkých baktérií nachádzajúcich sa v 969 vzorkách výkalov. Vyvinúť jednoduchú analytickú metódu, ktorú môžu široko využívať kliniky a nemocnice, vybrali štatisticky významné baktérie.

"Naše výsledky zo 16 druhov baktérií boli porovnateľné s výsledkami z analýz využívajúcich všetky druhy. Toto je dôležitý krok vo vývoji jednoduchého diagnostického nástroja, ktorý sa zaobchádza bez potreby sekvenovania celej mikrobioty, ale napriek tomu má potrebnú presnosť," "Povedal Thomas.

Asociácia nie je príčinnou súvislosťou

Výskum väzieb medzi črevnou mikroflórou a ľudským zdravím sa za posledných desať rokov rozrástol, ale nová štúdia inovuje tým, že predstavuje baktérie ako markery vývoja chorôb.

"Markery sa zvyčajne hľadajú priamo v spojení s nádorovými bunkami. Používame iný koncept. Naša analýza je založená na zmenách v relatívne malom súbore baktérií v spektre stoviek baktérií, ktoré žijú v čreve a môžu naznačovať prítomnosť choroba, “povedal Emmanuel Dias-Neto, výskumník v medzinárodnom výskumnom centre A.C. Camargo Cancer Center (CIPE) a spoluautor článku.

Sekvenovanie DNA získanej z črevnej mikroflóry umožnilo vedcom identifikovať baktérie prítomné v každej vzorke stolice, na meranie množstva každej baktérie, a identifikovať varianty ich genómov, ktoré môžu byť spojené s rôznymi výsledkami, ako je zvýšené riziko rakoviny hrubého čreva a konečníka.

Malo by byť zdôraznené, však, že štúdia nepreukázala, že by zmeny v črevnej mikrobiote spôsobovali rakovinu hrubého čreva a konečníka.

„Zistili sme asociáciu, ale to nevyhnutne neznamená príčinnú súvislosť. Otázkou je, či konkrétne baktérie môžu spôsobiť rakovinu alebo rakovina vytvára iné prostredie v kolorektálnom kanáliku, a tým uprednostňuje určité baktérie pred inými. Zatiaľ nemáme odpoveď, čo by bolo zásadné pre výsledky výskumu opísaného v článku, ktorý by pomohol vyvinúť terapie na liečbu rakoviny hrubého čreva a konečníka, “povedal João Carlos Setubal, Profesor na odbore biochémie Univerzity v Sao Paule, koordinátor medziunitného absolventského programu tej istej univerzity v bioinformatike, a tiež spoluautorom článku. Setubal a Dias-Neto dohliadali na Thomasov doktorandský výskum.

Výpočtová analýza

Podľa vedcov môže to byť doposiaľ najväčšia štúdia rakoviny hrubého čreva a konečníka na základe údajov zo vzoriek výkalov a takýchto rozmanitých populácií. Skupina analyzovala údaje z piatich verejných štúdií a dvoch ďalších štúdií vedcov z University of Trento.

Na základe údajov z týchto siedmich štúdií dokázali identifikovať enzýmy a baktérie, a zistiť, ako môže črevná mikroflóra predpovedať vývoj rakoviny hrubého čreva a konečníka. Na validáciu svojich zistení použili údaje z dvoch ďalších štúdií s 200 vzorkami.

„Sekvenovanie DNA vzoriek, ktoré vyžadovalo rozlíšenie medzi mikrobiotickou DNA a ľudskou DNA, bol prostriedkom na identifikáciu a kvantifikáciu druhov mikroorganizmov a ich génov prítomných vo vzorkách, „Povedal Thomas.“ Extrahovali sme DNA zo vzoriek stolice a sekvenovali sme ju. Na analýzu údajov sme potom použili výpočtové metódy. V dôsledku toho sme boli schopní identifikovať a kvantifikovať druh a početnosť génov. “

Pretože údaje pochádzajú z rôznych štúdií, vedci použili sofistikované štatistické metódy na ich analýzu ako súboru.

„Použili sme metaanalytické štatistické metódy a techniky strojového učenia, aby sme zistili, aké predpovedné boli výsledky, "Povedal Thomas.

Zistenia overila Nicola Segata, výpočtový biológ na univerzite v Trente a vedúci projektu v zahraničí, a posilnená ďalšou štúdiou uskutočnenou v Európskom laboratóriu molekulárnej biológie (EMBL) v Nemecku o väzbách medzi črevným mikrobiómom a rakovinou. V rovnakom čísle Nature Medicine je publikovaný článok o štúdii EMBL.

„Pri príprave článkov vymieňali sme si údaje a informácie s druhou skupinou v partnerstve, ktoré sa ukázalo ako veľmi dôležité pre posilnenie našich zistení. Aj keď sme použili techniky strojového učenia a rôzne štatistické metódy, dospeli sme k rovnakému záveru, že črevný mikrobióm môže predpovedať prítomnosť kolorektálneho karcinómu v rôznych populáciách a štúdiách, "Povedal Thomas.

• Nová analýza stanovuje globálne mikrobiálne podpisy pre rakovinu hrubého čreva a konečníka
• Rybí sliz by mohol byť potenciálnym zdrojom výskumu nálezov antibiotík