Tarmmikrobiota kan hjälpa till att förutsäga förekomsten av kolorektal cancer

Tarmmikrobiota - populationen av mikrober som lever i våra tarmar - kan användas för att förutsäga förekomsten av kolorektal cancer, den näst vanligaste typen av cancer hos kvinnor och den tredje hos män.

Forskning från ett internationellt team av forskare, inklusive brasilianare, har funnit en koppling mellan kolorektalcancer och förändringar i tarmmikrobiotamönster som inte är beroende av kostvanorna hos de studerade befolkningarna. Upptäckten banar väg för utveckling av icke-invasiva tester som kan förutsäga uppkomsten av sjukdomen.

Studien publiceras denna måndag, 1 april kl. i tidskriften Nature Medicine. Dess första författare är Andrew Maltez Thomas, som har en doktorsexamen i bioinformatik från University of São Paulo (USP), Brasilien. Thomas fick stöd av São Paulo Research Foundation - FAPESP via ett stipendium för forskarpraktik vid University of Trento i Italien.

I en av de största och mest varierade undersökningarna som någonsin gjorts om ämnet, forskarna kombinerade metagenomics, bioinformatik och maskininlärning (med användning av artificiell intelligens) för att korrelera förekomsten av kolorektal cancer med tarmmikrobiotata för 969 personer i Kanada, Kina, Frankrike, Tyskland, Japan och USA.

Fynden identifierade grupper av mikroorganismer associerade med kolorektal cancer i alla de studerade populationerna, och signaturer i den mikrobiella metabolism (mönster av metaboliter som produceras av mikroorganismer) som kan användas för att förutsäga förekomsten av sjukdomen. Forskningen hade två andra viktiga resultat. Den ena är upptäckten i tarmarna hos patienter med kolorektal cancer i en specifik bakterieart som vanligtvis finns i munnen och luftvägarna. Den andra är ett samband mellan kolorektal cancer och närvaron av genen för ett mikrobiellt enzym som bryter ned kolin, ett viktigt näringsämne i vitamin B -gruppen.

Studien fann högre nivåer av bakteriearten Fusobacterium nucleatum hos patienter med kolorektal cancer än hos friska individer. Denna bakterie lever normalt i munnen, och surheten i andra delar av mag -tarmkanalen ansågs vara dödlig för den.

"Större antal orala bakterier tenderar att resa till tarmen hos kolorektala cancerpatienter. Denna migration kan orsaka inflammation i tarmen, ger upphov till tumören, "Sa Thomas." Men vi vet inte den verkliga orsaken till migrationen, bara att det finns ett samband mellan förekomsten av dessa bakterier i tarmen och kolorektal cancer och att länken förtjänar att undersökas ytterligare. "

Den andra upptäckten, en signifikant närvaro av genen för det mikrobiella enzymet kolintrimetylaminlyas (cutC) i avföringsprover från kolorektala cancerpatienter, förstärker möjligheten till en cancerframkallande koppling mellan tarmmikrobioter och en fet kost, indikeras av tidigare forskning. "När enzymet klyver kolin, som är rik på dieter som innehåller stora mängder rött kött och andra feta livsmedel, det frigör acetaldehyd, ett välkänt cancerframkallande ämne, "Sa Thomas.

I studien, forskarna använde data om sammansättning och överflöd av alla bakterier som finns i 969 avföringsprover. För att utveckla en enkel analysmetod som kan användas i stor utsträckning av kliniker och sjukhus, de valde ut de statistiskt signifikanta bakterierna.

"Våra resultat från 16 bakteriearter var jämförbara med resultaten från analyser som använde alla arter. Detta är ett viktigt steg i utvecklingen av ett enkelt diagnostiskt verktyg som avstår från behovet av att sekvensera hela mikrobioten men har den nödvändiga precisionen, "Sa Thomas.

Förening är inte en orsakssamband

Forskning om kopplingarna mellan tarmmikrobioter och människors hälsa har vuxit under de senaste tio åren, men den nya studien förnyar sig genom att tänka på bakterier som markörer för sjukdomens utveckling.

"Markörer letas vanligtvis direkt i samband med tumörceller. Vi använder ett annat koncept. Vår analys bygger på förändringar i en relativt liten uppsättning bakterier i ett spektrum av hundratals bakterier som lever i tarmen och kan indikera förekomst av en sjukdom, "sade Emmanuel Dias-Neto, en forskare vid A.C. Camargo Cancer Center International Research Center (CIPE) och medförfattare till artikeln.

Sekvensering av DNA som erhållits från tarmmikrobiota gjorde det möjligt för forskarna att identifiera bakterierna som finns i varje avföringsprov, för att mäta mängden av varje bakterie, och att identifiera varianter i deras genom som kan kopplas till olika resultat, till exempel en ökad risk för kolorektal cancer.

Det bör betonas, dock, att studien inte visade att förändringar i tarmmikrobiota orsakar kolorektal cancer.

"Vi upptäckte en förening, men det betyder inte nödvändigtvis en orsakssamband. Frågan är om specifika bakterier kan orsaka cancer eller cancer skapar en annan miljö i kolorektal kanalen och därigenom gynnar vissa bakterier framför andra. Vi har ännu inget svar, vilket skulle vara grundläggande för resultaten av forskningen som beskrivs i artikeln för att utveckla terapier för att behandla kolorektal cancer, "sa João Carlos Setubal, Full professor vid University of São Paulos avdelning för biokemi, koordinator för samma universitet Interunit Graduate Program in Bioinformatics, och även medförfattare till artikeln. Setubal och Dias-Neto övervakade Thomas doktorandforskning.

Beräkningsanalys

Enligt forskarna, detta kan vara den största studien någonsin av kolorektal cancer baserad på data från avföringsprover och så olika populationer. Gruppen analyserade data från fem offentliga studier och två andra studier av forskare vid University of Trento.

Med data från dessa sju studier kunde de identifiera enzymer och bakterier, och för att räkna ut hur tarmmikrobioter kan förutsäga utvecklingen av kolorektal cancer. De använde data från två andra studier med 200 prover för att validera sina fynd.

"DNA -sekvensering av proverna, som krävde skillnad mellan mikrobiota -DNA och humant DNA, var ett sätt att identifiera och kvantifiera arten av mikroorganismer och deras gener som finns i proverna, "Sa Thomas." Vi extraherade DNA från avföringsproven och sekvenserade det. Vi använde sedan beräkningsmetoder för att analysera data. Som ett resultat kunde vi identifiera och kvantifiera arten och genmängden. "

Eftersom data kom från olika studier, forskarna använde sofistikerade statistiska metoder för att analysera dem som en ensemble.

"Vi använde metaanalytiska statistiska metoder och maskininlärningstekniker för att ta reda på hur förutsägbara resultaten var, "Sa Thomas.

Resultaten validerades av Nicola Segata, en beräkningsbiolog vid University of Trento och handledare utomlands för projektet, och förstärks av en annan studie utförd vid European Molecular Biology Laboratory (EMBL) i Tyskland om kopplingarna mellan tarmmikrobiom och cancer. En artikel om EMBL -studien publiceras i samma nummer av Nature Medicine.

"När du förbereder artiklarna, vi utbytte data och information med den andra gruppen i ett partnerskap som visade sig vara mycket viktigt för att förstärka våra resultat. Även om vi använde maskininlärningstekniker och olika statistiska metoder, vi kom fram till samma slutsats att tarmmikrobiomet kan förutsäga förekomsten av kolorektal cancer i olika populationer och studier, "Sa Thomas.

• Ny analys fastställer globala mikrobiella signaturer för kolorektal cancer
• Fiskslem kan vara en potentiell källa till antibiotika finner studier