Det finns biljoner bakterier som lever i och på människokroppen. Tarmbakterierna inom mänskliga individer spelar en unik roll för både hälsa och sjukdom. De får immunitet under den formativa 2-veckorsperioden strax efter födseln, de förhindrar invasion och överväxt av patogena bakteriearter och upprätthåller tarmepitelets integritet, bland annat.
En potentiell patogen som vanligen förekommer i människans tarm är bakterien Escherichia coli ( E coli ).
Escherichia coli -bakterie, E coli, gramnegativa stavformade bakterier, del av tarmens normala flora och orsakande medel för diarré och inflammation, 3D -illustration:Kateryna Kon / Shutterstock Cancerceller utvecklas på grund av specifika mutationer i DNA, som orsakar ohämmad spridning och förlust av mogna egenskaper, i många fall, resulterar så småningom i tumörtillväxt. Mutationer orsakas ofta av exponering för ultraviolett ljus eller rökning. Upprepade exponeringar ökar risken för att skadliga mutationer ackumuleras i en cell, orsakar canceromvandling.
Schematisk bild av injektion av bakterier i lumen i en organoid, och en fluorescerande mikroskopi bild av en sådan organoid. Mänsklig tarmorganoid (grön) fylld med märkta bakterier (blå). Bildkredit:Cayetano Pleguezuelos-Manzano, Jens Puschhof, Axel Rosendahl Huber, © Hubrecht Institute Det är känt att varje typ av DNA -skada orsakar ett synligt mönster av DNA -skada som kallas en mutationssignatur eller fotavtryck. Många sådana fotavtryck är redan kända, som registrerar effekten av medel som ultraviolett exponering eller rökning. Således, exponeringshistoriken kan ofta vara känd genom att titta på det mutativa fotavtrycket. Dock, de mutagena effekterna av tarmbakterier var okända tills nyligen.
Som forskaren Ruben van Boxtel förklarar, ”Dessa signaturer kan ha stort värde för att fastställa orsaker till cancer och kan till och med styra behandlingsstrategier. Vi kan identifiera sådana mutationsspår i flera former av cancer, även vid barncancer. Den här gången undrade vi om de genotoxiska bakterierna också lämnar sitt unika kännetecken i DNA:t. ”
Illustration av kolibaktinbindning till specifik DNA -sekvens. Bildkredit:DEMCON | nymus3D, © Hubrecht Institute I den aktuella studien, utredarna tittade på tarmorganoider, som är små massor av tarmvävnad som odlas som ett miniorgan i laboratoriet, för att testa om en specifik stam av E coli inducerar DNA -mutationer. Denna stam finns hos en femtedel av alla vuxna.
Forskarna odlade tarmorganoider som sedan utsattes för denna stam av i fem månader E coli , som producerar ett genotoxin, en kemikalie som skadar människans DNA. Den berörda kemikalien kallas colibactin. De genmodifierande effekterna av detta toxin innebär att det kan skada människor genom att orsaka mutationer.
Efter 5 månaders exponering, organoidcellerna utsattes för DNA -extraktion, och den typen, liksom antalet mutationer på grund av den bakteriella närvaron, analyserades.
Forskarna fann att det verkligen fanns ett unikt mönster för mutationerna som inträffade i organoidcellerna. Med andra ord, den testade stammen av E. coli orsakade ett distinkt mutationsmönster i humana celler.
”Jag minns spänningen när de första signaturerna dök upp på datorskärmen, ”Säger Axel Rosendahl Huber. ”Vi hade hoppats på någon indikation på en signatur som vi kunde följa upp i andra experiment, men mönstren var mer slående än någon signatur vi hade analyserat tidigare. ”
Signaturen bestod av två mutationer som inträffade tillsammans, en är förändringen av en adeninbas (A) till någon av de andra fyra DNA -baserna, och den andra förlusten av en enda A i långa polyA -sträckor. Det fanns också ytterligare ett A på den andra strängen av DNA -spiralen, ligger på ett avstånd av 3-4 baser från mutationsstället.
I slutskedet, laget började utforska hur colibactin orsakade DNA -skada. De fick reda på dess molekylära struktur och hur detta agerade på DNA:t. Huvudfyndet var att colibactin kunde binda två A:er samtidigt, orsakar en tvärbindning mellan dem. Det här skulle kunna, enligt deras åsikt, förklara varför colibactin orsakade sitt unika mutationsmönster.
Nästa steg var att spåra denna signatur i andra celler, nämligen, cellerna hos patienter med cancer. Vidare, forskarna snålade inte med detta. De undersökte tusentals mutationer i över 5, 000 cancerformer, av många olika typer.
Ett spännande fynd sticker ut:mer än 5% av tarmcancer visade detta fotavtryck, men det fanns i mindre än en av hundra andra cancer -DNA. Bland dessa, vävnaden var känd för att utsättas för samma bakterie - som cancer i munnen eller urinblåsan.
Ängsligt, detta berättarmönster hittades också i DNA:t hos patienter med tjocktarmscancer, vilket mycket väl kan indikera ett samband mellan bakterierna och sjukdomen. Jens Puschhof säger, ”Det är känt att E. coli kan infektera dessa organ, och vi är angelägna om att undersöka om dess genotoxicitet kan verka i andra organ bortom tjocktarmen. ”
Denna studie markerar första gången en direkt koppling har hittats mellan det mänskliga mikrobiomet och de mutationer som orsakar att cancer utvecklas.
Det skrämmande är att med Hans Clever från Hubrecht Institute, som drev studien, ”Det finns probiotika för närvarande på marknaden som innehåller genotoxiska stammar av E. coli. Några av dessa probiotika används också i kliniska prövningar som vi talar. Dessa E. coli-stammar bör utvärderas kritiskt i labbet. ”
Han förklarar att trots kortvarig lindring för vissa smärtsamma tillstånd som fibromyalgi eller irritabelt tarmsyndrom, när den används under en kort period, de kan orsaka cancer efter årtionden.
Upptäckten av denna mutationssignatur kan hjälpa till att screena patienter för deras chanser att utveckla en tumör, baserat på närvaron av denna genotoxiska stam. Det uppskattas att det förekommer hos upp till en femtedel av friska individer. Det är till och med möjligt att använda rätt antibiotika, dessa bakterier kan utrotas, och chanserna för tumörutveckling minskade markant. Eller åtminstone, det kan hjälpa till att upptäcka dessa tumörer mycket tidigt i sin kurs.
Probiotika som adjuvant behandling för COVID-19-patienter
Hur massscreeningsinsatser har hjälpt till att identifiera fler fall av celiaki hos barn
Vad du äter kan förändra hur antibiotika påverkar din tarm
Typ 1 -diabetes kopplad till tarmmikrobiom och genetiska faktorer
PENTAX Medical samlar in $ 125,
Ny superaktiverande makrofagreceptor kan förklara hyperinflammation vid svår COVID-19
Nytt verktyg registrerar och spårar tillväxt av mikrobiomer
Under de senaste åren har det mänskliga mikrobiomet har vunnit enorm popularitet på grund av dess roll i att forma sin hälsa. Det är viktigt för mänsklig utveckling, näring, och immunitet. Det är därf
Studie kopplar fermenterad grönsakskonsumtion till låg dödlighet av COVID-19
En spännande ny studie av forskare i Europa tyder på att dödligheten i coronavirus 2019 (COVID-19) sannolikt kommer att vara lägre i länder där kosten är rika på fermenterade grönsaker. Stud
Tarmhöjande mat kan sätta stopp för undernäring i barndomen över hela världen
Forskare har utvecklat en ny typ av mat som förbättrar tarmbakterier hos undernärda barn och är bättre på att starta tillväxt än vanlig matterapi. Nathan Devery | Shutterstock I en första