Krvni test za mikrobnu DNK mogao bi upozoriti na rak

Nova studija objavljena u časopisu Priroda 11. ožujka, 2020, mogao bi promijeniti sadašnje stavove o uzrocima i dijagnozi raka. Znanstvenici su došli do nove tehnike za otkrivanje prisutnosti i vrste raka gledajući mikrobnu DNA koja cirkulira u krvi osobe koja se pregledava.

Rak je bolest nastala zbog mutacija u genima organizma na koji je zahvaćen. Ove mutacije rezultiraju disregulacijom uključenih stanica, isključivanje programa koji moduliraju rast i proliferaciju stanica, ili koji tvore tumore.

Međutim, svi ljudski karcinomi nisu uzrokovani samo mutacijama u ljudskom genomu. Na primjer, karcinom gušterače najčešće je domaćin mikroorganizmima koji razgrađuju najčešće korištene lijekove za kemoterapiju u ovih pacijenata, kako je pokazala studija iz 2017. u časopisu Science. To je navelo istraživača Gregoryja Poorea da nastavi s ulogom mikroba u raznim vrstama raka.

Udružujući se sa stručnjacima iz različitih disciplina, istraživači su istraživali višeslojne interakcije koje se javljaju između tumora i domaćina mikroba koji žive na i u ljudskom tijelu. Viši istraživač Rob Knight rekao je, "Gotovo svi dosadašnji napori u istraživanju raka pretpostavljali su da su tumori sterilno okruženje i zanemareni su složeni međudjelovanje ljudskih stanica raka s bakterijama, viruse i druge mikrobe koji žive u i na našim tijelima. Broj mikrobnih gena u našim tijelima uvelike nadmašuje broj ljudskih gena, pa ne treba čuditi što nam daju važne naznake za naše zdravlje. "

Otkrivanje raka u najranijim fazama pomoću jednostavnog vađenja krvi cilj je nekoliko tvrtki koje trenutno razvijaju „tekuće biopsije“ za otkrivanje cirkulirajuće DNK ljudskog tumora. Sada su istraživači UC San Diega pokazali da mogu utvrditi tko ima rak, i koja vrsta, na temelju očitanja mikrobne DNK nađene u njihovoj krvi. Zasluge za sliku:Szabolcs Borbely / Shutterstock

Mikrobi povezani s tumorima

Prvi korak bio je ispitati podatke o mikrobnim genima iz Atlasa genoma raka, koja je ogromna baza podataka genomskih podataka povezanih s tumorom prikupljenih od tisuća tumora i koje vodi Nacionalni institut za rak. Znanstvenici kažu da je to prvi put da su znanstvenici pokušali identificirati mikrobnu DNK iz genomskih podataka ljudi u tako impresivnoj mjeri.

Pregledali su preko 18, 000 uzoraka humanih tumora, preuzeto s gotovo 10, 500 pacijenata s 33 različite vrste tumora. Pokušali su pronaći osebujne obrasce mikrobnih gena povezanih sa specifičnim tumorima. Neki su već poznati, kao što je veza između HPV -a (humanog papiloma virusa) i raka vrata maternice, glava, i vrat, ili ono od Fusobacterium vrsta s karcinomom crijeva.

Znanstvenici su također pokupili mnoge nove mikrobne uzorke koji su mogli razlikovati jednu vrstu raka od druge. Jedan primjer je onaj iz Faecalibacterium , vrsta koja može izdvojiti rak debelog crijeva od drugih vrsta tumora.

Istraživači su tako došli do razumijevanja kako izgleda mikrobiom tisuća uzoraka raka. Sljedeći korak bio je iskoristiti moć strojnog učenja kako bi se utvrdilo jesu li neki od ovih mikrobnih uzoraka specifični za karcinom određene vrste. Oni su obučavali svoje programe strojnog učenja da pokupe takve specifične asocijacije i koriste ih za dijagnosticiranje vrste raka. Zatim su testirali svoje stotine modela i otkrili, na njihovo zadovoljstvo, da bi mogli identificirati vrstu raka samo na temelju mikrobne DNA u krvi.

Rano otkrivanje karcinoma

Slijedeći korak, za znanstvenike, trebao ukloniti napredne oblike raka iz skupa podataka. Program je još uvijek mogao razlikovati mnoge vrste raka u stadijima I i II samo na temelju mikrobnih podataka. Istraživači su zatim proveli stroge postupke za dekontaminaciju podataka bioinformatike, što znači da je uklonjeno preko 90% mikrobnih podataka. Čak i tako, stroj je ispravno identificirao mnoge rane karcinome prema vrsti.

Testiranje

U pilot -istraživanju, tim istraživača uzeo je uzorke krvi od oko 100 pacijenata s tri vrste raka, uključujući oko 60, 25, i 15 pacijenata, svaki s prostatom, pluća, i raka melanoma. Koristili su svoje prilagođene alate kako bi osigurali što pouzdanije podatke uklanjanjem zagađujućih očitanja. Zatim su uzeli očitanja mikrobnog profila za svaki uzorak krvi.

Uspoređujući ove profile međusobno i s uzorcima plazme uzetih od oko 70 dobrovoljaca bez bolesti, tim je otkrio da bi njihovi modeli strojnog učenja mogli razlikovati osobe oboljele od raka od onih bez njega, u većini slučajeva. To je, mogli bi pokupiti 86% ljudi s rakom pluća, dok bi ispravno isključili plućnu bolest kod svih osoba negativnih na ovo stanje. Također su mogli razlikovati svaku od vrsta raka. Na primjer, mogli su s pravom reći u 81% slučajeva ima li pacijent rak pluća ili rak prostate.

Koautor Sandip Pravin Patel kaže, "Sposobnost, u jednoj epruveti krvi, imati opsežan profil DNK tumora (priroda), kao i DNK pacijentove mikrobiote (njegovanje), da se tako izrazim, je važan korak naprijed u boljem razumijevanju interakcija domaćin-okolina u raku. "Objašnjava da je moguće koristiti ovaj pristup za praćenje kako se genom tumora i mikrobiote mijenjaju s vremenom, čime se koristi ne samo kao dijagnostički već i alat za praćenje za dugotrajno praćenje učinkovitosti liječenja.

On nastavlja, "To bi moglo imati velike posljedice na njegu pacijenata oboljelih od raka, i u ranom otkrivanju raka ako se ovi rezultati nastave zadržati u daljnjem testiranju. "

Bolje od starog?

Patel objašnjava da se većina današnjih karcinoma može dijagnosticirati samo kirurškom biopsijom, što uključuje uklanjanje dijela sumnjivog tumora i njegovo pregledavanje od strane stručnjaka. Dijagnoza se temelji na molekularnim markerima specifičnim za svaku vrstu raka. Problem s ovim pristupom je u tome što je invazivan, treba vremena, i skup je.

Nedavno, za mnoge od ovih karcinoma razvijene su tekuće biopsije. Ovdje se uzorak krvi koristi za otkrivanje specifičnih mutacija u ljudskoj DNA pronađenih u cirkulaciji radi dijagnosticiranja specifičnih tumora. Dok se krvni biljezi (uglavnom molekule koje se nalaze na površini tumorskih stanica) već koriste za dijagnosticiranje i praćenje tijeka nekih tumora, genetski markeri su relativno novi. Koriste se u nekim tumorima za praćenje tijeka bolesti, ali njihova uporaba za dijagnosticiranje tumora nije odobrena od strane Uprave za hranu i lijekove (FDA).

Razlog je loša točnost ovih testova u razlikovanju normalnih varijacija u ljudskim genima i stvarne prisutnosti mutacija u ranom karcinomu. Ne samo tako, kaže Patel, "ne mogu pokupiti karcinom gdje ljudske genomske promjene nisu poznate ili se ne mogu otkriti."

To znači da će tekuće biopsije vjerojatno imati visoku stopu lažno negativnih rezultata, osobito za rijetke tumore. Ako je stopa mutacije niska, a i broj prolivenih stanica je također nizak, šanse da pokupe mutaciju su zaista male. Tako, pacijentu bi se moglo reći da nema dokaza o raku unatoč prisutnosti tumora.

Trenutni test koji se temelji na otkrivanju mikrobne DNA, a ne tumorske DNA, da odražava vidljivije promjene jer, za razliku od jednolikosti ljudske DNK u svim tkivima ljudskog tijela, Profili mikrobne DNA uvelike se razlikuju od tkiva do tkiva. Tako, umjesto da se nadamo da ćemo pokupiti jednu od relativno rijetkih promjena u ljudskoj DNK radi dijagnosticiranja tumora, lakše je pokupiti promjene u mikrobnoj DNK koje bi mogle točno odražavati prisutnost raka, kao i njihov tip, ranije u procesu stvaranja tumora, u usporedbi s tekućim biopsijama, barem u njihovoj sadašnjoj fazi. To vrijedi i za karcinome koji nemaju genetske mutacije koje se trenutno mogu otkriti pomoću tekućih biopsija.

Ograničenja

Trenutna platforma može i dalje vraćati lažno negativne zaključke, kažu istraživači, ali svoj pristup poboljšavaju s više podataka kako bi povećali točnost predviđanja. Druga opasnost kod ovog pristupa je prekomjerna dijagnoza tumora ili visoka stopa lažno pozitivnih rezultata.

I treće, mnoge mutacije nisu kancerogene već su povezane s dobi ili su tipa koje spontano nestaju. Zapravo, bez testiranja mikrobne DNA, pojedinac nikad ne bi uopće znao za njih. Čak i neki rani karcinomi ne zaslužuju liječenje. Kao rezultat, bitno je zapamtiti da skrining i rana dijagnoza raka nisu uvijek potrebni. O potrebi za takvim postupcima trebao bi odlučiti kliničar.

Pozitivna očitavanja mikroorganizama također se ne smiju smatrati znakom raka, osim ako se ne rade dodatni testovi koji potvrđuju prisutnost tumora, odrediti njegovu vrstu i mjesto.

Budućnost

Tim se veseli razvoju FDA-odobrenog testa za dijagnosticiranje raka.

Da biste to postigli, moraju profilirati 'normalne' mikrobne uzorke među zdravim ljudima iz mnogo različitih populacija. Drugo, moraju odlučiti odražavaju li mikrobiološki potpisi pronađeni u mrtvoj krvi prisutnost mrtvih, uživo, ili rasprsnutih mikroba. To je važno za razvoj preciznijeg pristupa.

Preliminarni nalazi moraju se potvrditi u većoj populaciji s mnogo većom raznolikošću pacijenata, što uključuje visoku cijenu unaprijed. Kako bi pomogli u postizanju svojih ciljeva, tim je podnio patentne prijave i pokrenuo tvrtku pod nazivom Micronoma.

Implikacije

Istraživači ističu da, iako mikrobiolozi u svom radu obično koriste protokole dekontaminacije, nije česta praksa u studijama raka. Nadaju se da će ova studija promijeniti naglasak u području biologije raka, time što su znanstvenici o raku postali svjesniji mikroba u ljudskom tijelu.

Drugo, moglo bi pomoći u promicanju novog polja mikrobioma krvi povezanih s rakom u terapiju, pomaže razumjeti što mikrobi rade u raku i mogu li se koristiti za liječenje ovih stanja. A ako je tako, sljedeće je pitanje mogu li se isporučiti ili oponašati za uspješnije liječenje raka.

• Imunosupresivna terapija ne povećava rizik od raka vulve ili rodnice u žena s IBD -om
• Mikrobna DNA u krvi mogla bi pomoći u identifikaciji oboljelog od raka