Princeton -forskare hittar samband mellan mikrober och cancer hos hotade Kalifornienrävar

Kan Staph -mikrober leda till cancer?

Det är känt att mikrober påverkar matsmältningen, humör och allmän hälsa, och nu har Princeton -forskare visat att ett skifte i mikrobiomet är kopplat till cancer - åtminstone i en hotad underart av rävar som bara finns på en ö utanför Kaliforniens kust.

Deras forskning tyder på en process i flera steg:För det första, de kattstora räven Santa Catalina blir infekterade av öronmider, som förändrar rävens mikrobiom och gör att en stafylokokinfektion kan ta fäste. När Staphylococcus pseudintermedius löper högt, den antibiotikaresistenta infektionen leder till kronisk inflammation i rävarnas öron. I den omgivningen av inflammerad vävnad, tumörer kan blomstra. Forskarna redogjorde för sina fynd i tidskriften Molekylär ekologi .

"Vi var verkligen glada över att hitta så tydliga resultat, "sa Alexandra DeCandia, den första författaren på tidningen och en doktorand i labbet av Bridgett vonHoldt, docent i ekologi och evolutionär biologi vid Princeton University. "Allt vi hittade - minskad artdiversitet, förändringar i samhällssammansättning, överflöd av potentiellt patogena arter - ryms inom våra förväntningar. "

Projektet startade under bevarandeinsatser på ön Santa Catalina, när forskare märkte att ungefär hälften av de vuxna rävarna hade tumörer som växte i öronen. Det är en av de högsta tumörhastigheterna som någonsin observerats i vilda djur, föranleda omedelbar uppföljningsstudie.

Tidigt arbete visade ett samband mellan öronmiddinfektion och tumörtillväxt. De flesta forskare teoretiserade att öronmider ledde till kronisk inflammation, slutligen utlöser tillväxten av tumörer. DeCandia och vonHoldts team ville veta om mikrobiomet också spelade en roll i detta system.

Att fokusera på mångfald inom mikrobiomet gör deras arbete till ett utmärkt exempel på vart fältet kommer att röra sig i framtiden. Vi har först nyligen lärt oss hur viktigt mikrobiomet är för individens hälsa - oavsett om det är ett djur eller en människa. Tidigare, forskare undersökte bara en del av bilden. De tittade verkligen inte på mikrobiomer - de hade inte ens verktyg för att göra det. ... Genom att undersöka det, vi har förstått att bristen på mångfald i det mikrobiella samhället, i kombination med rävarnas genetik, bäst hjälper oss att förstå inte bara hotet om just denna sjukdom utan även andra sjukdomar. Detta är verkligen ett nytt paradigm för att förstå hot mot hotade arter. "

George Amato, chef för bevarande genomik vid American Museum of Natural History

De hotade Santa Catalina -rävarna är en av sex underarter av Channel Island -rävar (Urocyon littoralis) som lever på sex av de åtta kanalöarna utanför kusten i södra Kalifornien. Flera av underarterna, inklusive de på Santa Catalina (U. littoralis catalinae), har gjort imponerande returer från utrotningens rand - med det resultat att de alla är otroligt lika genetiskt sett, nästan kloner av varandra.

Rävarnas nästan totala brist på genetisk mångfald gör dem till fascinerande forskningsämnen, sa DeCandia.

"Vi ser vanligtvis genetisk mångfald som en bra och nödvändig sak, "sa hon." Det håller organismerna friska - tänk på de negativa hälsoeffekter som är förknippade med inavel - och hjälper befolkningen att överleva oväntade förändringar i sin miljö. Men trots att den nästan inte har någon genetisk variation, dessa rävar uppvisar mycket få tecken på dålig hälsa eller inavelav depression. Det får oss att undra om andra former av mångfald - som deras bosatta organismer - blir viktiga aktörer inom hälsa och immunitet. Därför fokuserade vi vår studie på mikrobiomen och sjukdomen hos dessa rävar. "

Länken mellan mikrober och cancer var en oväntad upptäckt, Sa DeCandia. "När vi började göra den här studien, vi ville helt enkelt karaktärisera mikrobiomen över några olika kroppsställen hos rävarna. Precis som 1800-talets naturforskare skulle ladda sig in i en ny livsmiljö och katalogart, Vi tänkte ursprungligen katalogisera mikrober. Dock, efter att ha tittat närmare på hörselgångarna, vi fann att det var mycket variation i samband med kvalsterinfektionsstatus. Vi svängde sedan papperet för att nästan helt fokusera på öronkanalsmikrober i samband med kvalsterinfektion! "

Med sina medarbetare från Catalina Island Conservancy, de torkade dussintals rävar för att samla mikrober, extraherade sedan DNA för att bestämma vilka mikrober som fanns i alla deras prover - och i vilka relativa mängder.

"Eftersom mikrober finns inom ett samhälle, relativ proportion spelar roll, "Sa DeCandia.

De fann att kvalstinfekterade hörselgångar hade betydligt olika mikrobiella samhällen än oinfekterade öron. Den totala artrikedomen var lägre, och det relativa överflödet var snett mot en bakterieart:S. pseudintermedius, som är vanligt på hundar (inklusive hundar) och kan bli en opportunistisk patogen när samhällen störs - till exempel genom angrepp av kvalster.

Staph-mikroben bildar sedan antibiotikaresistenta biofilmer som är "otroligt svåra" för immunsystemet att utrota, sa DeCandia. Som ett resultat, denna stam av staph är kopplad till kronisk inflammation hos många arter.

Forskarna försöker fortfarande klargöra sambandet mellan orsak och verkan - till exempel om kvalsterna tar med sig staph -mikroberna eller om de var närvarande men latenta tills kvalsterna orsakade tillräckligt med strukturella skador för att stafylokan skulle få en befolkningsboom - men strängen av korrelationer är tydlig:kvalsterinfektion är kopplad till en spridning av S. pseudintermedius, som är kopplad till den kroniska inflammationen i samband med tumörgenes.

En viktig fråga är varför, av de sex Channel Island fox -underarterna, endast tre har kvalster och bara en - Catalina Island rävar - visar betydande tumörtillväxt.

Den nya studien förstärker tidigare forskning där medlemmar av vonHoldts laboratorium, inklusive Kennedy Leverett i klass 2020, studerat förändringar i hudens mikrobiom i samband med sarkoptisk skabb, som orsakas av en annan art kvalster. De tittade på coyoter, röda rävar och grårävar och fann anmärkningsvärt konsekventa signaturer av mikrobiell störning som nästan exakt matchade örävstudien:Infekterade individer hade minskad mikrobiomdiversitet och högre förekomst av S. pseudintermedius.

"Betraktas tillsammans, dessa två studier tyder på att denna mikrobiella art är en viktig aktör inom canid -mikrobiomer och kan fungera vid ett antal sjukdomar, "Sa DeCandia.

• Tarmbakterier hjälper till att reglera kontraktion och avslappning av kolonmusklerna
• Tarmmikrober i getingar hjälper till att övervinna bekämpningsmedel