Przedstawiciel Fna C1 i Fna Szczepy C2 hodowane wspólnie z ludzkimi komórkami raka okrężnicy. Siatka przedstawia wyniki analizy obliczeniowej obrazowania konfokalnego. Niezależne maski dla komórek nabłonka nowotworowego (szare) i wewnątrzkomórkowych komórek bakteryjnych (Fna C1 zielony, Fna lawenda C2). Za pomocą masek obliczono procent komórek nowotworowych znajdujących się wewnątrzkomórkowo Fna. Pasek skali wynosi 20 µm. | Zdjęcie: Zepeda-Rivera, M., Minot, SS, Bouzek, H. et al. W niszy raka jelita grubego dominuje odrębny klad Fusobacterium jądro. Natura 628, 424–432 (2024).

Bakterie tzw Jądro Fusobacterium żyją w ludzkich ustach i rzadko można je spotkać gdzie indziej. Jednak w przypadku raka okrężnicy lub odbytnicy bakterie znajdują się w guzach jelit, gdzie pomagają komórkom nowotworowym uciec z układu odpornościowego i rozprzestrzenić się na inne części ciała.

W nowym badaniu grupa badaczy z Fred Hutchinson Cancer Center w USA zidentyfikowała odrębny podtyp bakterii, który występuje w stosunkowo większych ilościach w nowotworach raka jelita grubego (CRC).

CRC to siódmy pod względem częstości występowania rodzaj nowotworu w Indiach, gdzie liczba przypadków wzrosła o 20% w latach 2004–2014. Na całym świecie ogólna częstość występowania CRC spadła, ale eksperci napisali w czasopiśmie Nauka w ubiegłym roku częstość występowania CRC o wczesnym początku skorygowana względem wieku „wzrosła w wielu krajach w alarmującym tempie 2–4%, przy czym u osób w wieku poniżej 30 lat wzrost był jeszcze gwałtowniejszy”.

Jak wynika z eksperymentów zespołu opisanych w artykule w Naturaw marcu niektóre czynniki genetyczne mogą nasilać się Fusobacterium zdolność do łączenia się z nowotworami jelita. Zespół wykazał również, że myszy zakażone tego typu wirusem Fusobakteriaw ich jelitach rozwinęły się formacje przedrakowe zwane gruczolakami.

Eksperci twierdzą, że wnioski z badania można wykorzystać w przyszłości do opracowania testów pozwalających na wczesne wykrywanie CRC i opracowanie opcji leczenia ukierunkowanego.

Klad sam w sobie

Naukowcy rozpoczęli od hodowli Fusobakteria bakterie pobrane w laboratorium ze 130 ludzkich nowotworów CRC. Następnie zmapowali cały skład genetyczny wyizolowanych bakterii i odkryli, że jest to jeden z czterech znanych Jądro Fusobacterium tylko podgatunki Fusobacterium jądro zwierzęce (Fna) było istotnie powiązane z nowotworami CRC.

Poszczególni przedstawiciele tego samego gatunku mają nieco inne DNA. Analiza pangenomiczna pomaga badaczom zmapować wszystkie geny gatunku, a także te części genomu, które posiadają niektórzy, ale nie wszyscy przedstawiciele gatunku. Ta część nazywana jest genomem dodatkowym. Członkowie gatunku mogą być dalej klasyfikowani w zależności od posiadanych przez nich genomów dodatkowych.

W swojej analizie naukowcy odkryli Fna ma najmniejszy rdzeń genomu (część, którą mają wszyscy przedstawiciele gatunku), co wskazuje, że mogą istnieć różne podtypy Fna. W odpowiedzi prześledzili historię ewolucji bakterii, śledząc zmiany w jej genach. Ta analiza to wykazała Fnazamiast stanowić jedną jednorodną grupę, składa się z bakterii z dwóch różnych linii ewolucyjnych.

Naukowcy nazywają grupę form życia należących do jednej linii ewolucyjnej kladem. W ten sposób badacze zidentyfikowali dwa różne klady Fna: tak to nazywali Fna C1 i Fna C2. Znaleźli dalej Fna Bakterie C2 są w znacznym stopniu powiązane z nowotworami CRC i mają dodatkowe czynniki genetyczne, które mogą im w tym pomóc.

Kolonizacja jelit

Wydaje się, że przyczyniły się do tego zarówno różnice fizyczne, jak i genetyczne między dwoma kladami Fna Zdolność bakterii C2 do łączenia się z nowotworami CRC. Fizycznie, Fna Bakterie C2 wyglądały na dłuższe i cieńsze niż Fna Bakteria C1. Autorzy napisali w swoim artykule, że takie różnice mogą wpływać na zdolność bakterii do życia w tkance żywiciela, a także unikania układu odpornościowego organizmu.

Genetycznie, Fna Bakterie C2 miały geny niezbędne do przeżuwania w jelitach człowieka dwóch związków energetycznych: etanoloaminy i 1,2-propanodiolu. Brakowało tych genów Fna C1. Tak doszli do wniosku badacze Fna Zdolność bakterii C2 do łączenia się z nowotworami CRC była przynajmniej częściowo zależna od tego, czy „posiadały zwiększone mechanizmy wychwytywania składników odżywczych i zwiększony potencjał metaboliczny”.

Naukowcy potwierdzili swoje ustalenia, analizując genomy obecne w ponad 1200 próbkach ludzkiego kału, z czego mniej więcej połowa pochodziła od osób z CRC, a inne od zdrowych osób. Ustalili, że Fna geny wymagane do metabolizowania etanoloaminy i 1,2-propanodiolu były bardziej wzbogacone w próbkach kału od pacjentów z CRC niż w próbkach od osób bez CRC.

Usta do jelita

Naukowcy wcześniej wierzyli Fusobakteria bakterie mogą przedostać się z jamy ustnej do jelit, infekując krew, gdy na przykład ktoś zbyt mocno szczotkuje dziąsła lub podczas rutynowych zabiegów stomatologicznych. Autorzy nowego Natura w artykule zaproponowano nową drogę: bakterie mogły przedostać się przez przewód pokarmowy i dotrzeć do okrężnicy.

Bakterie zwykle nie podążają tą drogą, ponieważ nie mogą przetrwać w silnie kwaśnym środowisku żołądka.

Ale naukowcy odkryli Fna C2 mogłoby. Bakterie te mogą rozwijać się w bardziej kwaśnych warunkach niż mogłoby to być możliwe Fna Bakterie C1 — miały też specyficzne geny odporne na działanie kwasów. Geny te pojawiły się, gdy kwasowość była porównywalna z kwasem żołądkowym.

U myszy jak u ludzi

Następnie badacze sprawdzili, czy Fna C2 może indukować rozwój nowotworów w jelitach. W tym celu przedstawili Fna Bakteria C1 w zapalonych jelitach niektórych myszy i Fna Bakterie C2 w zapalonych jelitach innych osób. (Te myszy są powszechnym modelem zwierzęcym używanym do badania schorzeń dotykających również ludzi.) Odkryły znacznie częstsze występowanie gruczolaków w jelitach w porównaniu z myszami, którym podawano leczenie Fna Bakteria C2.

Zauważyli również, że jelita Fna Myszy leczone C2 miały różne profile metaboliczne – zmiany zgodne z wcześniej zgłoszonymi powiązaniami między różnymi poziomami metabolitów a progresją nowotworu.

„Ogólnie rzecz biorąc, nasze wyniki pokazują zdolność Fna C2, ale nie Fna C1, aby metabolicznie wpływać na środowisko jelitowe w kierunku „warunków sprzyjających CRC” – napisali autorzy.

Na koniec naukowcy przetestowali swoje hipotezy na kohorcie pacjentów. Autorzy potwierdzili to, pracując z tkanką CRC i tkankami nienowotworowymi od tej samej osoby Fna C2 był jedyny Fusobakteria podtyp wzbogacony w tkanki CRC. Podobne wyniki uzyskali w próbkach kału od osób z CRC, ale nie u osób zdrowych.

Długa droga do badań klinicznych

Zdaniem Neetu Kalry, badaczki terapii nowotworów na Uniwersytecie Azim Premji w Bhopal, „badanie przedstawia obiecujące perspektywy rozwoju mikrobiologicznych terapii komórkowych, które obejmują wykorzystanie zmodyfikowanych szczepów bakteryjnych do bezpośredniego podawania leków w nowotwory”.

Varun Aggarwala jest adiunktem w Jio Institute w Bombaju, który pracuje również nad przeszczepami kału w leczeniu zakaźnych i zapalnych chorób jelit. Nazwał badanie „kompleksowym” i stwierdził, że „badania takie jak to stanowią solidną podstawę dla szerszej społeczności do projektowania ukierunkowanych interwencji mikrobiologicznych i diagnostyki CRC”.

Dodał, że przyszłe badania powinny śledzić mikrobiom jelit i jamy ustnej osób z grupy wysokiego ryzyka oraz mikrobiom nowotworowy po zdiagnozowaniu CRC, aby zrozumieć, w jaki sposób określone szczepy bakterii mogą powodować raka.

Podobnie dr Kalra powiedziała, że ​​przyszłe badania będą mogły przyjrzeć się „harmonogramowi kolonizacji”. Fna Bakteria C2: stadium CRC, w którym bakterie łączą się z nowotworem. „Jeśli kolonizacja nastąpi wcześnie” – wyjaśniła, „może to ułatwić wczesną diagnostykę CRC”.

Z drugiej strony powiedziała także o opracowaniu leku, który mógłby być selektywnie ukierunkowany Fna Bakterie C2 bez wpływu Fna C1 lub inna bakteria jelitowa „stanowi poważne wyzwanie”.

Sayantan Datta jest dziennikarzem naukowym i wykładowcą na Uniwersytecie Krea. Tweetują na @queersprings.

• Bakterie tzw Jądro Fusobacterium żyją w ludzkich ustach i rzadko można je spotkać gdzie indziej. Jednak w przypadku raka okrężnicy lub odbytnicy bakterie znajdują się w guzach jelit, gdzie pomagają komórkom nowotworowym uciec z układu odpornościowego i rozprzestrzenić się na inne części ciała.

• W nowym badaniu grupa badaczy z Fred Hutchinson Cancer Center w USA zidentyfikowała odrębny podtyp bakterii, który występuje w stosunkowo większych ilościach w nowotworach raka jelita grubego (CRC).

• CRC to siódmy pod względem częstości występowania rodzaj nowotworu w Indiach, gdzie liczba przypadków wzrosła o 20% w latach 2004–2014. Na całym świecie ogólna częstość występowania CRC spadła, ale eksperci napisali w czasopiśmie Nauka w ubiegłym roku częstość występowania CRC o wczesnym początku skorygowana względem wieku „wzrosła w wielu krajach w alarmującym tempie 2–4%, przy czym u osób w wieku poniżej 30 lat wzrost był jeszcze gwałtowniejszy”.