Nieuwe analyse stelt wereldwijde microbiële handtekeningen voor colorectale kanker vast

Het is al lang bekend dat kanker ontstaat door blootstelling aan het milieu, zoals ongezonde voeding of roken. De laatste tijd, de microben die in en op ons lichaam leven, zijn op het toneel verschenen als hoofdrolspelers:terwijl maagkanker kan worden veroorzaakt door een enkele bacteriesoort, Helicobacter pylori, de rol die darmmicroben spelen bij de ontwikkeling van colorectale kanker - de derde meest voorkomende kanker wereldwijd - is minder duidelijk. Om hun invloed te bepalen, associatiestudies zijn bedoeld om in kaart te brengen hoe de microben die de darmen van darmkankerpatiënten koloniseren, verschillen van die van gezonde proefpersonen.

Onderzoekers van EMBL, de Universiteit van Trente, en hun internationale medewerkers hebben nu meerdere bestaande microbioomassociatiestudies van colorectale kanker geanalyseerd samen met nieuw gegenereerde gegevens. Hun meta-analyses stellen ziektespecifieke microbioomveranderingen vast die wereldwijd robuust zijn - consistent in zeven landen op drie continenten - ondanks verschillen in omgeving, dieet en levensstijl. Hun studie is vandaag gepubliceerd in Natuurgeneeskunde .

Georg Zeller van het European Molecular Biology Laboratory (EMBL) in Heidelberg, Duitsland:"We hebben een rigoureuze analyse van machine learning gebruikt om microbiële handtekeningen voor colorectale kanker te identificeren. We hebben deze handtekeningen gevalideerd in vroege kankerstadia en in meerdere onderzoeken, zodat ze als basis kunnen dienen voor toekomstige niet-invasieve kankerscreening."

Nicola Segata van de Universiteit van Trento in Italië:"We hebben niet alleen een panel van darmmicroben opgericht dat in verband wordt gebracht met colorectale kanker in populaties, maar vond ook handtekeningen in het microbiële metabolisme die een vergelijkbare voorspellende kracht hebben. Deze zullen nieuw onderzoek mogelijk maken om te begrijpen hoe darmmicroben een oorzakelijke bijdrage kunnen leveren aan de ontwikkeling van kanker."

De studie onder leiding van EMBL-wetenschappers richt zich op een proces waarbij bepaalde darmbacteriën galzuren die deel uitmaken van onze spijsverteringssappen omzetten in metabolieten die kankerverwekkend kunnen zijn. De verwante studie van de Universiteit van Trento laat zien hoe bepaalde klassen bacteriën choline afbreken, een essentiële voedingsstof in vlees en andere voedingsmiddelen, en verander het in een potentieel gevaarlijke metaboliet. Van deze metaboliet is eerder aangetoond dat het het risico op hart- en vaatziekten verhoogt, en kan nu ook in verband worden gebracht met darmkanker.

Een van de uitdagingen van metagenomische studies, die zijn gebaseerd op genetisch materiaal van microben in omgevingsmonsters zoals ontlasting, is om genetische fragmenten te koppelen aan de verschillende microbiële organismen waartoe ze behoren. Het doel van deze zogenaamde taxonomische profileringstaak is het identificeren en kwantificeren van de bacteriesoorten die in het monster aanwezig zijn. "Ondanks verschillende benaderingen in taxonomische profilering en statistische analyse, onze studies kwamen tot zeer vergelijkbare conclusies, " zegt EMBL-groepsleider Peer Bork, "wat dit tot nu toe een van de meest veelbelovende gevallen maakt voor op microbioom gebaseerde diagnostiek."

"Op weg om het menselijke darmmicrobioom volledig te karakteriseren voor associatiestudies"

In het panel van reproduceerbare microbiële markers geassocieerd met colorectale kanker die werden vastgesteld, er zijn beide eerder gekoppelde bacteriën, zoals Fusobacterium nucleatum, en nieuwe microbiële soorten en genen. "Bij de analyse van metagenomische gegevens, de belangrijkste rol wordt gespeeld door de computationele analyse. We moesten algoritmen ontwikkelen om microben te identificeren met een zeer hoge resolutie en precisie, " zegt Segata die de studie leidde aan de Universiteit van Trento. "Het gen dat choline afbreekt in een potentieel gevaarlijke metaboliet is een goed voorbeeld. Dit gen wordt vaak in het darmmicrobioom gedragen door een bacteriesoort die geen naam heeft en die we eerder dit jaar in een ander werk hebben ontdekt."

In dit andere werk gepubliceerd in het tijdschrift Cell, Segata en zijn groep identificeerden - via metagenomica - enkele honderden microbiële soorten die veel voorkomen in het darmmicrobioom, maar tot nu toe onontgonnen bleven met behulp van standaard experimentele hulpmiddelen. "Voortzetting van deze inspanning om de diversiteit van het darmmicrobioom volledig bloot te leggen, kan leiden tot het vinden van aanvullende associaties van microbioomleden met andere menselijke ziekten."

Verdere uitbreiding van cohorten en populatiediversiteit

Uit de onderzoeken bleek ook dat het aantal en de grootte van de cohorten die in de meta-analyse waren opgenomen, de sleutel waren voor het vaststellen van de sterke associatie tussen het darmmicrobioom en colorectale kanker. "Het darmmicrobioom is sterk afhankelijk van factoren zoals voeding, levensstijl, en Milieu, " vervolgt Segata, "en rekening houdend met geografisch en cultureel diverse populaties is dus nodig om microbiële handtekeningen te verkrijgen die inderdaad wereldwijd worden geassocieerd met colorectale kanker." Dit betekent ook dat het opnemen van meer metagenomische monsters van ondervertegenwoordigde populaties en het benaderen van de steekproefomvang van sommige huidige menselijke genetische studies de associatie verder kan verbeteren en toekomstige op microbioom gebaseerde diagnostische en therapeutische strategieën voor colorectale kanker beter kan stimuleren.

• MUSC-onderzoek levert bewijs voor verband tussen lekkende darm en auto-antilichaamproductie bij hiv-positieve patiënten
• Darmmicrobiota kan het optreden van colorectale kanker helpen voorspellen