Ny analys fastställer globala mikrobiella signaturer för kolorektal cancer

Cancer har länge varit känt på grund av miljöexponeringar som ohälsosam kost eller rökning. Nyligen, mikroberna som lever i och på vår kropp har kommit in på scenen som nyckelspelare:medan magcancer kan orsakas av en enda bakterieart, Helicobacter pylori, den roll som tarmmikrober spelar i utvecklingen av kolorektal cancer - den tredje vanligaste cancern i världen - är mindre tydlig. För att bestämma deras inflytande, associeringsstudier syftar till att kartlägga hur mikroberna som koloniserar tarmen hos kolorektala cancerpatienter skiljer sig från dem som bor i friska försökspersoner.

Forskare från EMBL, universitetet i Trento, och deras internationella samarbetspartners har nu analyserat flera befintliga mikrobiomföreningsstudier av kolorektal cancer tillsammans med nygenererad data. Deras metaanalyser fastställer sjukdomsspecifika mikrobiomförändringar som är globalt robusta - konsekvent i sju länder på tre kontinenter - trots skillnader i miljö, kost och livsstil. Deras studie har publicerats idag i Naturmedicin .

Georg Zeller från European Molecular Biology Laboratory (EMBL) i Heidelberg, Tyskland:"Vi använde en noggrann maskininlärningsanalys för att identifiera mikrobiella signaturer för kolorektal cancer. Vi validerade dessa signaturer i tidiga cancerstadier och i flera studier, så att de kan tjäna som grund för framtida icke-invasiv cancerscreening. "

Nicola Segata från University of Trento i Italien:"Vi etablerade inte bara en panel med tarmmikrober associerade med kolorektal cancer i befolkningen, men hittade också signaturer i mikrobiell metabolism som har liknande förutsägelseeffekt. Dessa möjliggör ny forskning som syftar till att förstå hur tarmmikrober kan bidra orsakande till cancerutveckling. "

Studien som leds av EMBL -forskare fokuserar på en process där vissa tarmbakterier förvandlar gallsyror som ingår i våra matsmältningsjuicer till metaboliter som kan vara cancerframkallande. Den relaterade studien från University of Trento visar hur vissa bakterieklasser bryter ned kolin, ett viktigt näringsämne som finns i kött och andra livsmedel, och förvandla den till en potentiellt farlig metabolit. Denna metabolit har tidigare visat sig öka risken för hjärt -kärlsjukdom, och kan nu också kopplas till kolorektal cancer.

En av utmaningarna med metagenomiska studier, som är baserade på genetiskt material från mikrober i miljöprover som avföring, är att koppla genetiska fragment till de olika mikrobiella organismerna de tillhör. Målet med denna så kallade taxonomiska profilering är att identifiera och kvantifiera de bakteriearter som finns i provet. "Trots olika tillvägagångssätt inom taxonomisk profilering och statistisk analys, våra studier nådde mycket liknande slutsatser, "säger EMBL gruppledare Peer Bork, "vilket gör detta till ett av de mest lovande fallen för mikrobiombaserad diagnostik hittills."

"På väg att fullt ut karakterisera det mänskliga tarmmikrobiomet för föreningsstudier"

I panelen med reproducerbara mikrobiella markörer associerade med kolorektal cancer som etablerades, det finns båda tidigare länkade bakterier, såsom Fusobacterium nucleatum, och nya mikrobiella arter och gener. "I analysen av metagenomiska data, nyckelrollen spelas av beräkningsanalysen. Vi behövde utveckla algoritmer för att identifiera mikrober med mycket hög upplösning och precision, "säger Segata som ledde studien vid University of Trento." Genen som bryter ned kolin i en potentiellt farlig metabolit är ett bra exempel. Denna gen bärs ofta i tarmmikrobiomet av en bakterieart som inte har ett namn och som vi upptäckte i ett annat verk tidigare i år. "

I detta andra arbete publicerat i tidskriften Cell, Segata och hans grupp identifierade - via metagenomics - flera hundra mikrobiella arter som förekommer i tarmmikrobiomet men förblev hittills outforskade med hjälp av standardiserade experimentella verktyg. "Att fortsätta denna ansträngning för att helt avslöja mångfalden i tarmmikrobiomet kan leda till ytterligare associationer av mikrobiommedlemmar med andra mänskliga sjukdomar."

Ytterligare expanderande kohortstorlekar och befolkningsmångfald

Studierna fann också att antalet och storleken på de kohorter som ingår i metaanalysen var avgörande för att fastställa det starka sambandet mellan tarmmikrobiomet och kolorektal cancer. "Tarmmikrobiomet är starkt beroende av faktorer som kost, livsstil, och miljö, "fortsätter Segata, "och med tanke på geografiskt och kulturellt mångfaldiga befolkningar är det därför nödvändigt för att erhålla mikrobiella signaturer som verkligen är globalt associerade med kolorektal cancer." Detta innebär också att inkludering av fler metagenomiska prover från underrepresenterade populationer och att närma sig urvalet av vissa nuvarande mänskliga genetiska studier kan ytterligare förbättra föreningen och bättre driva framtida mikrobiombaserade diagnostiska och terapeutiska strategier för kolorektal cancer.

• MUSC-studie ger bevis för samband mellan läckande tarm och autoantikroppsproduktion hos HIV-positiva patienter
• Tarmmikrobiota kan hjälpa till att förutsäga förekomsten av kolorektal cancer