Il Cancer Microbiome Atlas fornisce un quadro più chiaro del microbiota che vive negli organi

Gli ingegneri biomedici della Duke University hanno ideato un algoritmo per rimuovere le informazioni genetiche microbiche contaminate dal Cancer Genome Atlas (TCGA). Con un quadro più chiaro del microbiota che vive in vari organi sia in condizioni sane che cancerose, i ricercatori saranno ora in grado di trovare nuovi biomarcatori della malattia e comprendere meglio come numerosi tumori colpiscono il corpo umano.

Nel primo studio che utilizzava il set di dati appena decontaminato, i ricercatori hanno già scoperto che i tessuti degli organi normali e cancerosi hanno una composizione del microbiota leggermente diversa, che i batteri di questi siti malati possono entrare nel flusso sanguigno, e che queste informazioni batteriche potrebbero aiutare a diagnosticare il cancro e prevedere gli esiti dei pazienti.

I risultati appaiono online il 30 dicembre sulla rivista Cellula ospite e microbi .

TCGA è un programma di genomica del cancro punto di riferimento che ha caratterizzato molecolarmente oltre 20, 000 tumori primari e campioni sani corrispondenti che abbracciano 33 tipi di cancro. Ha prodotto più di 2,5 milioni di gigabyte di dati "omici". L'atlante include quale DNA è presente, quali sono i marcatori epigenetici sul DNA, quale DNA viene attivato e quali proteine ​​vengono prodotte. È disponibile gratuitamente per uso pubblico.

Uno studio dai dati dell'atlante ha rivelato un'abbondanza di Fusobacterium nucleatum nel cancro del colon-retto, che da allora si è dimostrato indicativo dello stadio, sopravvivenza, metastasi e persino risposte farmacologiche di questo tipo di cancro. Molti altri studi hanno cercato tali biomarcatori batterici, tuttavia pochi sono stati scoperti. Una grande ragione per questo è la contaminazione.

Quando i batteri vengono introdotti accidentalmente nei campioni dai laboratori, diventa difficile discernere quali specie erano effettivamente nei campioni per cominciare. Mentre studi simili sul microbioma che utilizzano materiale ricco di microbi come le feci possono superare piccole quantità di contaminazione, i campioni relativamente minuscoli prelevati da organi umani vivi e campioni di tumore non possono.

Quando si esamina un sottoinsieme di dati di sequenziamento TCGA, analisi precedenti hanno scoperto che il DNA microbico di un certo numero di specie era il risultato di una contaminazione di laboratorio.

Tutti gli studi sul microbiota sono tormentati dall'idea che se trovi un microbo, era davvero nel tessuto o era una contaminazione introdotta durante la lavorazione? Abbiamo inventato un metodo in grado di estrarre i microbi che erano veramente in ogni campione e l'abbiamo usato per costruire quello che abbiamo chiamato The Cancer Microbiome Atlas, che sarà una risorsa straordinaria per la comunità e ci permetterà di capire come il cancro altera il microbioma di un organo".

Xiling Shen, il Professore Associato della Famiglia Hawkins di Ingegneria Biomedica presso la Duke

Il metodo per rimuovere la contaminazione dai dati TCGA è stato inventato da Anders Dohlman, uno studente laureato nel laboratorio di Shen. Dohlman ha prima confrontato le firme del microbioma tra i tessuti cancerosi di diversi organi e sangue, ed ha escluso specie contaminanti che si sono presentate indiscriminatamente. Ha quindi confrontato le firme del microbioma di campioni identici che sono stati elaborati in siti separati, che vanno da Harvard a Baylor. Dohlman ha concluso che le specie microbiche che possono essere rilevate solo da un sito specifico sarebbero i contaminanti, permettendogli di assegnare una firma di contaminazione univoca per ogni sito.

"Una grande sfida in questo processo sono state le specie a prova mista, che sono batteri che sono sia contaminanti che endogeni per il tessuto, " ha detto Dohlman. "Ma poiché TCGA ha così tanti diversi tipi di dati, siamo riusciti a tirarlo fuori. I big data aiutano davvero!"

Lo sforzo sta già dando i suoi frutti in vari modi. Dopo aver utilizzato l'algoritmo di decontaminazione di Dohlman, i ricercatori hanno esaminato da vicino le firme del microbiota di campioni prelevati da pazienti con cancro del colon-retto. Hanno scoperto due gruppi unici di batteri che si trovano spesso insieme, uno dei quali sembra essere associato alla sopravvivenza del paziente.

I ricercatori hanno anche scoperto che alcuni tumori alterano effettivamente il microbioma dei loro organi residenti. Può essere, Shen ragioni, che i tumori alterano il microambiente di un organo, rendendolo più o meno ospitale a diverse specie microbiche. E cercando le firme microbiche all'interno dei campioni di sangue dei pazienti, hanno anche scoperto che, nonostante la saggezza convenzionale contraria, alcuni batteri si fanno strada nel flusso sanguigno, che potrebbe anche fornire un'indicazione del progresso di un cancro.

"C'è stata una sorta di crisi nel campo sulla possibilità o meno di riprodurre documenti di alto profilo, a causa della sfida della contaminazione, " ha detto Shen. "Per esempio, mentre un centro sarebbe in grado di riprodurre i suoi risultati, un altro centro non lo farebbe. Questo spiega perché:ogni centro ha i suoi pregiudizi molto coerenti. (I suoi contaminanti microbici residenti.) In futuro, nuovi studi possono utilizzare il nostro metodo per rimuovere questo pregiudizio e riprodurre i risultati, e i centri di ricerca potrebbero essere in grado di utilizzare i loro pregiudizi che abbiamo identificato per mitigare la loro contaminazione".

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