Krvni test za mikrobno DNK bi lahko opozoril na raka

Nova študija, objavljena v reviji Narava 11. marca, 2020, bi lahko spremenila trenutno uveljavljena stališča o vzrokih in diagnozi raka. Raziskovalci so pripravili novo tehniko za odkrivanje prisotnosti in vrste raka z ogledom mikrobne DNK, ki kroži v krvi osebe, ki se pregleda.

Rak je bolezen zaradi mutacij v genih organizma, na katerega vpliva. Te mutacije povzročijo disregulacijo vpletenih celic, izklop programov, ki modulirajo rast in proliferacijo celic, ali ki tvorijo tumorje.

Vendar pa vsi človeški raki niso posledica samo mutacij v človeškem genomu. Na primer, rak trebušne slinavke najpogosteje gosti mikrobe, ki pri teh bolnikih razgrajujejo najpogosteje uporabljena zdravila za kemoterapijo, kot je pokazala študija iz leta 2017 v reviji Science. To je raziskovalca Gregoryja Pooreja vodilo k uresničevanju vloge mikrobov pri različnih vrstah raka.

Sodelovanje s strokovnjaki iz različnih disciplin, raziskovalci so raziskovali večplastne interakcije, ki se pojavljajo med tumorji in gostiteljem mikrobov, ki živijo v človeškem telesu in v njem. Višji raziskovalec Rob Knight je dejal:"Skoraj vsa prejšnja prizadevanja pri raziskavah raka so predvidevala, da so tumorji sterilno okolje, in prezrla kompleksno medsebojno delovanje človeških rakavih celic z bakterijami, virusi in drugi mikrobi, ki živijo v našem telesu in na njem. Število mikrobnih genov v našem telesu močno presega število človeških genov, zato ne sme biti presenetljivo, da nam dajejo pomembne namige za naše zdravje. "

Odkrivanje raka v njegovih najzgodnejših fazah s preprostim odvzemom krvi je cilj več podjetij, ki trenutno razvijajo "tekoče biopsije" za odkrivanje krožeče DNK človeškega tumorja. Zdaj so raziskovalci UC San Diego dokazali, da lahko ugotovijo, kdo ima raka, in kakšne vrste, temelji na odčitku mikrobne DNK v njihovi krvi. Avtor slike:Szabolcs Borbely / Shutterstock

Mikrobi, povezani s tumorji

Prvi korak je bil preučiti podatke o mikrobnih genih, vložene v Atlasu genoma raka, ki je velika zbirka genomskih podatkov, povezanih s tumorji, zbranih iz tisočih tumorjev in jih vzdržuje Nacionalni inštitut za raka. Raziskovalci pravijo, da so njihovi znanstveniki prvič poskušali identificirati mikrobno DNK iz človeških genomskih podatkov v tako impresivnem obsegu.

Pregledali so več kot 18, 000 vzorcev človeških tumorjev, povzeto iz skoraj 10, 500 bolnikov s 33 različnimi vrstami tumorjev. Poskušali so najti značilne vzorce mikrobnih genov, povezanih s specifičnimi tumorji. Nekateri so že znani, na primer povezava med HPV (humanim papiloma virusom) in rakom materničnega vratu, glava, in vratu, ali tisto od Fusobacterium vrste z rakom črevesja.

Znanstveniki so našli tudi številne nove mikrobne vzorce, ki so lahko razlikovali eno vrsto raka od druge. En primer je tisti iz Faecalibacterium , vrsta, ki lahko izbere druge vrste raka debelega črevesa.

Raziskovalci so tako prišli do razumevanja, kako izgleda mikrobiom tisočih vzorcev raka. Naslednji korak je bil uporabiti moč strojnega učenja, da bi ugotovili, ali je kateri od teh mikrobnih vzorcev specifičen za raka določenih vrst. Izobraževali so svoje programe strojnega učenja, da bi pobrali takšna posebna združenja in jih uporabili za diagnosticiranje vrste raka. Nato so preizkusili svoje stotine modelov in ugotovili, na njihovo zadovoljstvo, da bi lahko identificirali vrsto raka, ki temelji le na mikrobni DNK v krvi.

Zgodnje odkrivanje raka

Naslednji korak, za znanstvenike, odpraviti napredoval rak iz nabora podatkov. Program je lahko še vedno razlikoval številne vrste raka na stopnjah I in II le na podlagi podatkov o mikrobih. Raziskovalci so nato izvedli stroge postopke za dekontaminacijo bioinformatičnih podatkov, kar pomeni, da je bilo odstranjenih več kot 90% mikrobnih podatkov. Četudi, stroj je pravilno identificiral številne zgodnje vrste raka po vrsti.

Testiranje

V pilotni študiji je skupina raziskovalcev je odvzela vzorce krvi pri približno 100 bolnikih s tremi vrstami raka, vključno s približno 60, 25, in 15 bolnikov, vsak s prostato, pljuča, in raka melanoma. S svojimi orodji po meri so zagotovili čim bolj zanesljive podatke, tako da so odpravili onesnažujoče odčitke. Nato so odčitali mikrobni profil za vsak vzorec krvi.

Če te profile primerjamo med seboj in z vzorci plazme, vzetih pri približno 70 prostovoljcih brez bolezni, skupina je ugotovila, da bi njihovi modeli strojnega učenja lahko razlikovali ljudi z rakom od tistih brez njega, v večini primerov. Se pravi, lahko poberejo 86% ljudi s pljučnim rakom, hkrati pa pravilno izključijo pljučno bolezen pri vseh posameznikih, negativnih na to stanje. Prav tako bi lahko razlikovali med vsako od vrst raka. Na primer, so lahko v 81% primerov pravilno ugotovili, ali je bolnik imel pljučni rak ali rak prostate.

Soavtor Sandip Pravin Patel pravi, "Sposobnost, v eni cevi krvi, imeti celovit profil tumorske DNA (narave) in DNK bolnikove mikrobiote (negovanje), tako rekoč, je pomemben korak naprej pri boljšem razumevanju interakcij gostitelja in okolja pri raku. "Pojasnjuje, da je s tem pristopom mogoče spremljati, kako se sčasoma spreminjata genom tumorja in mikrobiote, zato ga ne uporabljamo le kot diagnostiko, ampak tudi kot orodje za spremljanje za dolgoročno spremljanje učinkovitosti zdravljenja.

Nadaljuje, "To bi lahko imelo velike posledice za oskrbo bolnikov z rakom, in pri zgodnjem odkrivanju raka, če se ti rezultati nadaljujejo pri nadaljnjih testih. "

Boljši od starega?

Patel pojasnjuje, da se večina raka danes lahko diagnosticira le s kirurško biopsijo, ki vključuje odstranitev dela sumljivega tumorja in pregled pri strokovnjakih. Diagnoza temelji na molekularnih markerjih, značilnih za vsako vrsto raka. Problem tega pristopa je, da je invaziven, potrebuje čas, in je drago.

Pred kratkim je za mnoge od teh vrst raka so bile razvite tekoče biopsije. Tu se vzorec krvi uporablja za odkrivanje specifičnih mutacij v človeški DNK, ki jih najdemo v obtoku, za diagnosticiranje specifičnih tumorjev. Medtem ko se krvni označevalci (večinoma molekule, ki jih najdemo na površini tumorskih celic) že uporabljajo za diagnosticiranje in spremljanje poteka nekaterih tumorjev, genetski označevalci so relativno novi. Uporabljajo se pri nekaterih tumorjih za sledenje poteka bolezni, vendar Uprava za hrano in zdravila (FDA) ne odobri njihove uporabe za diagnozo tumorja.

Razlog je slaba natančnost teh testov pri razlikovanju med normalnimi variacijami človeških genov in resnično prisotnostjo mutacij pri zgodnjem raku. Ne samo tako, pravi Patel, "ne morejo zbrati raka, kjer človeške genomske spremembe niso znane ali jih ni mogoče zaznati."

To pomeni, da bodo tekoče biopsije verjetno imele veliko lažno negativnih rezultatov, zlasti pri redkih tumorjih. Če je stopnja mutacije nizka, majhno je tudi število ločenih celic, možnosti za prevzem mutacije so res majhne. Tako bolniku bi lahko rekli, da kljub prisotnosti tumorja ni dokazov o raku.

Trenutni test, ki temelji na odkrivanju mikrobne DNA in ne tumorske DNA, je, da odraža opaznejše spremembe, ker, za razliko od enotnosti človeške DNK v vseh tkivih človeškega telesa, Profili mikrobne DNK se od tkiva do tkiva zelo razlikujejo. Tako namesto da bi upali ujeti eno od sorazmerno redkih sprememb v človeški DNK za diagnosticiranje tumorja, lažje je zaznati spremembe v mikrobni DNK, ki bi lahko natančno odražale prisotnost raka in njihov tip, prej v procesu nastanka tumorja, v primerjavi s tekočimi biopsijami, vsaj na njihovi trenutni stopnji. To velja tudi za raka, ki nima genetskih mutacij, ki jih je trenutno mogoče zaznati s tekočimi biopsijami.

Omejitve

Trenutna platforma lahko še vedno vrača lažno negativne, pravijo raziskovalci, vendar svoj pristop izboljšujejo z več podatki, da bi povečali natančnost napovedi. Druga nevarnost pri tem pristopu je prevelika diagnoza tumorjev ali visoka stopnja lažno pozitivnih rezultatov.

In tretjič, številne mutacije niso rakave, so pa povezane s starostjo ali so tiste vrste, ki se spontano razreši. Pravzaprav, brez testiranja mikrobne DNK, posameznik sploh ne bi vedel zanj. Tudi nekateri zgodnji raki v resnici niso vredni zdravljenja. Kot rezultat, Pomembno si je zapomniti, da presejanje in zgodnje odkrivanje raka nista vedno potrebna. O potrebi po takšnih postopkih bi se moral odločiti zdravnik.

Pozitivnih odčitkov mikrobov tudi ne smemo jemati kot raka, razen če se opravijo dodatni testi za potrditev prisotnosti tumorja, določite njegovo vrsto in njeno lokacijo.

Prihodnost

Ekipa se veseli razvoja testa, ki ga je odobrila FDA za diagnosticiranje raka.

Da bi to dosegli, profilirati morajo "normalne" mikrobne vzorce pri zdravih ljudeh iz različnih populacij. Drugič, odločiti se morajo, ali mikrobni podpisi, najdeni v mrtvi krvi, odražajo prisotnost mrtvih, v živo, ali izbruhnjenih mikrobov. To je pomembno za razvoj natančnejšega pristopa.

Predhodne ugotovitve je treba potrditi pri večji populaciji z veliko večjo raznolikostjo bolnikov, ki vključuje vnaprej drage stroške. Da bi pomagali doseči svoje cilje, ekipa je vložila patentne prijave in ustanovila podjetje z imenom Micronoma.

Posledice

Raziskovalci opozarjajo, da čeprav mikrobiologi pri svojem delu običajno uporabljajo protokole dekontaminacije, v študijah raka ni pogosta praksa. Upajo, da bo ta študija spremenila poudarek na področju biologije raka, s tem, da se znanstveniki o raku bolj zavedajo mikrobov v človeškem telesu.

Drugič, lahko bi pomagal potisniti novo področje krvnih mikrobiomov, povezanih z rakom, v terapijo, pomaga razumeti, kaj mikrobi počnejo pri raku in ali jih je mogoče uporabiti za zdravljenje teh stanj. In če je tako, Naslednje vprašanje je, ali jih je mogoče dobaviti ali oponašati za uspešnejše zdravljenje raka.

• Imunosupresivna terapija pri ženskah s KVČB ne poveča tveganja za nastanek raka vulve ali vagine
• Mikrobna DNK v krvi bi lahko pomagala ugotoviti, kdo ima raka