Pacienti s kolorektálním karcinomem mají specifický střevní mikrobiom

Výzkumníci z Evropské laboratoře pro molekulární biologii (European Molecular Biology Laboratory, EMBL) spojili síly se svými kolegy z celého světa a analyzovali nejen výsledky stávajících asociačních studií zaměřených na střevní mikrobiom pacientů s CRC, ale také nově získaná data. Výsledné metaanalýzy popisují změny mikrobiomu specifické pro CRC, které jsou celosvětově robustní, tzn. konzistentní napříč sedmi zeměmi na třech různých kontinentech, navzdory odlišnostem v životním prostředí, stravě a životním stylu.

Dr. Georg Zeller, který pracuje v EMBL v německém Heidelbergu, vysvětlil: „K odhalení tzv. ‚mikrobiálního podpisu‘ pro kolorektální karcinom jsme použili robustní analýzu založenou na strojovém učení. Tyto ‚podpisy‘ jsme validovali v časných stadiích CRC i v řadě studií, v budoucnu by tedy mohly sloužit jako základ budoucího neinvazivního screeningu CRC.“

Dr. Nicola Segata z italské Trentské univerzity (University of Trento) doplnil: „Kromě toho, že jsme určili panel střevních mikrobů asociovaných s CRC napříč populacemi, jsme odhalili i ‚podpisy‘ v mikrobiálním metabolismu, které mají podobnou predikční schopnost. To se bude hodit v navazujícím výzkumu, který bude zaměřen na pochopení způsobů, jakými se střevní mikroby podílejí na vzniku zhoubného nádoru.“

První studie, kterou koordinovali autoři z EMBL [1], se zaměřuje na proces, kterým některé střevní bakterie přeměňují žlučové kyseliny – tedy součást našich trávicích šťáv – na metabolity, které mohou být potenciálně karcinogenní. Studie výzkumníků z Trentské univerzity [2] se zabývá způsobem, jakým některé skupiny bakterií odbourávají cholin, což je nepostradatelná živina obsažená v mase a některých dalších potravinách, a přeměňují ji na potenciálně nebezpečný metabolit, takzvaný trimethylamin (TMA). Již dříve bylo dokázáno, že TMA zvyšuje riziko vzniku kardiovaskulárního onemocnění; nyní se uvažuje i o jeho souvislosti se zvýšeným rizikem vzniku CRC.

Metagenomické studie jsou založeny na analýze genetického materiálu mikrobů, které jsou izolovány z environmentálních vzorků, v tomto konkrétním případě z lidské stolice. Poměrně náročným úkolem, který je prováděn v rámci metagenomických studií, je přiřadit nalezené fragmenty DNA konkrétním mikroorganismům, ze kterých tyto fragmenty pocházejí. Cílem tohoto tzv. „taxonomického profilování“ (taxonomic profiling) je určit druhy i množství bakterií, které jsou ve vzorku přítomny. „Navzdory různým přístupům k taxonomickému profilování i ke statistické analýze dospěly obě studie k velmi podobným závěrům,“ konstatoval dr. Peer Bork z heidelberské EMBL. „Proto naši práci považujeme za jednu z dosud nejslibnějších v oblasti diagnostiky založené na analýze mikrobiomu.“ (Pozn. překl.)

Německý tým ve své studii použil nový nástroj mOTUs2 [3], který v daném metagenomu dokáže velmi přesně identifikovat i kvantifikovat jednotlivé druhy bakterií. Tento nástroj byl vyvinut ve spolupráci s týmem prof. Sunagawy, který působí na švýcarské ETH Zürich. „Největší předností naší metody je to, že nám umožňuje kvantifikovat i ty bakterie, jejichž genom ještě nebyl důkladně zmapován,“ vysvětlil dr. Zeller. „Některé druhy střevních bakterií totiž zatím nebyly izolovány ani kultivovány v laboratoři – většinou proto, že jejich laboratorní kultivace není snadná. S využitím mOTUs2 je ale můžeme detekovat i tak, čímž získáme kompletnější představu o střevním mikrobiomu daného člověka.“

Dr. Zeller závěrem konstatoval: „Závěry naší studie i mnoha jiných nedávných studií poukazují na způsoby, jakými mikroby mohou přispívat ke vzniku zhoubných nádorů. Nabízí se tedy otázka, jak optimálně pozměnit složení mikrobiomu – například tím, že bychom některým bakteriálním druhům bránili v osídlení lidského střeva. Najít na ni odpověď však bude velmi obtížné.“

Výzkumný tým dr. Borka však nedávno učinil objev, který by vědce mohl posunout blíže k řešení tohoto zapeklitého úkolu. V článku, který vyšel letos v únoru [4], tato skupina výzkumníků ukázala, že ve vzorcích slin i stolice je velké množství totožných mikrobiálních kmenů. To znamená, že zcela běžně dochází k přenosu bakterií z úst do střev, tzn. že bariéra v podobě žaludečních kyselin je slabší, než se dosud předpokládalo. „Přenos bakterií z úst do střeva nás velmi zajímá i z toho důvodu, že by mohl představovat způsob, jakým zasáhnout ve prospěch – či v neprospěch – určitých kmenů střevních bakterií,“ objasnil dr. Bork. „Nejprve si však musíme uvědomit, že o našem střevním mikrobiomu toho zatím víme velmi málo. Můžeme sice rozpoznat mikrobiom charakteristický pro pacienty s CRC, ale nevíme, odkud tyto mikroby pocházejí, jakou roli hrají při vzniku zhoubného nádoru, ani jak vlastně vypadá ‚zdravý‘ mikrobiom. Máme tedy před sebou ještě velký kus práce.“

Poznámka překladatele

• Tzv. „diagnostika založená na analýze mikrobiomu“ (microbiome-based diagnostics) je jedním z nově se rozvíjejících směrů diagnostiky zhoubných nádorů. Více se dočtete např. v článku Jaká je souvislost mezi vznikem zhoubných nádorů a lidským mikrobiomem?

Reference

1. Wirbel J, Pyl PT, Kartal E, at al. Meta-analysis of fecal metagenomes reveals global microbial signatures that are specific for colorectal cancer. Nature Medicine 2019; 25(4): 679–689. doi: 10.1038/s41591-019-0406-6.
2. Thomas AM, Manghi P, Asnicar F, et al. Metagenomic analysis of colorectal cancer datasets identifies cross-cohort microbial diagnostic signatures and a link with choline degradation. Nature Medicine 2019; 25(4): 667–678. doi: 10.1038/s41591-019-0405-7.
3. Milanese A, Mende DR, Paoli L, et al. Microbial abundance, activity and population genomic profiling with mOTUs2. Nature Communications 2019. doi: 10.1038/s41467-019-08844-4
4. Schmidt TS, Hayward MR, Coelho LP, et al. Extensive transmission of microbes along the gastrointestinal tract. Elife 2019. doi: 10.7554/eLife.42693

Klíčová slova: kolorektální karcinom, mikrobiom, střevní mikroby, metagenomika, metagenom

1. 4. 2019 Tisková zpráva EMBL

Zpět