Wenn Gregory Poore war ein Neuling in der Schule, seine sonst gesunde Großmutter war schockiert zu erfahren, dass Sie hatten late-stage Bauchspeicheldrüsenkrebs. Der Zustand diagnostiziert wurde, im späten Dezember. Sie starb im Januar.
„Sie hatte so gut wie keine Warnzeichen oder Symptome,“ sagte Poore. „Niemand konnte sagen, warum Ihr Krebs war nicht früher erkannt, oder warum es war resistent gegen die Behandlung, die Sie versucht haben.“
Als Poore kam, um zu lernen durch seine college-Studien, Krebs ist traditionell als eine Erkrankung des menschlichen Genom—Mutationen in unseren Genen erlauben, die Zellen in den Tod zu vermeiden, wuchern und Tumoren bilden.
Aber wenn Poore sah 2017 eine Studie in Science , die zeigten, wie Mikroben drangen in eine Mehrzahl von Bauchspeicheldrüsenkrebs und waren in der Lage zu brechen den Haupt-Chemotherapie-Medikament für diese Patienten, er war fasziniert von der Idee, dass Bakterien und Viren könnten eine größere Rolle spielen in der Krebstherapie, als irgendjemand sich hätte zuvor gedacht.
Poore ist derzeit ein MD/Ph. D. student an der University of California San Diego School of Medicine, wo er bei der Durchführung seiner Diplomarbeit im Labor arbeiten von Rob Knight, Ph. D., professor und Direktor der Mitte für Microbiome Innovation.
Zusammen mit einer interdisziplinären Gruppe von Helfern, Poore und Ritter entwickelten eine neue Methode um zu identifizieren, wer Krebs hat, und oft die Art, indem Sie einfach die Analyse der Muster der mikrobiellen DNA—bakterielle und virale—präsentieren in Ihrem Blut.
Die Studie, veröffentlicht März 11, 2020 in der Natur, kann sich ändern, wie Krebs angesehen wird, und diagnostiziert.
„Fast alle bisherigen Krebs-Forschungs-Anstrengungen übernommen haben, die Tumoren sind sterile Umgebungen, und ignoriert das komplexe zusammenspiel der menschlichen Krebs-Zellen mit den Bakterien, Viren und andere Mikroben Leben in und auf unserem Körper,“ Knight sagte.
„Die Anzahl der mikrobiellen Gene in unserem Körper gewaltig outnumbers die Anzahl der menschlichen Gene, also sollte es nicht verwunderlich sein, dass Sie geben uns wichtige Hinweise auf unsere Gesundheit.“
Krebs-assoziierte mikrobielle Muster
Die Forscher zum ersten mal sah mikrobiellen Daten zur Verfügung, Die von der Cancer Genome Atlas, eine Datenbank des National Cancer Institute mit genomischer und andere Informationen von tausenden von Patienten Tumoren. Das team wissen, es war die größte Anstrengung, die jemals durchgeführt, um festzustellen, mikrobielle DNA in human sequencing-Daten.
Von 18,116 tumor-Proben, darstellen 10,481 Patienten mit 33 verschiedenen Krebs-Arten, entstanden verschiedene mikrobielle Signaturen oder Muster, im Zusammenhang mit bestimmten Krebsarten. Einige wurden erwartet, wie der Zusammenhang zwischen humanen Papillomaviren (HPV) und Gebärmutterhalskrebs, Kopf-und Hals-Krebs, und der Assoziation zwischen Fusobacterium – Arten und Magen-Darm-Krebs. Aber das team hat auch festgestellt, bisher unbekannte mikrobielle Signaturen, die stark diskriminiert zwischen Krebs-Typen. Zum Beispiel, das Vorhandensein von Faecalibacterium Arten unterschieden Darmkrebs von anderen Krebsarten.
Bewaffnet mit der mikrobiom-Profilen von tausenden von Krebs Proben, die die Forscher dann trainiert und getestet Hunderte von machine-learning-Modelle verbinden bestimmte mikrobielle Muster mit dem Vorhandensein von bestimmten Krebsarten. Die machine-learning-Modelle waren in der Lage zu identifizieren, die ein patient Krebs geben nur die Verwendung der mikrobiellen Daten von seinem Blut.
Die Forscher dann entfernt high-grade (Stadium III und IV) die Krebse aus dem dataset und festgestellt, dass viele Krebs-Arten wurden noch unterscheidbar, die auf den früheren Stufen, wenn Sie sich einzig und allein auf Blut-abgeleitet mikrobiellen Daten. Die Ergebnisse gehalten, auch wenn das team ausgeführt, das den strengsten Bioinformatik Dekontamination auf die Muster, die entfernt mehr als 90 Prozent der mikrobiellen Daten.
Die Anwendung der mikrobiellen DNA-test
Um festzustellen, ob diese mikrobielle Muster, die nützlich sein könnten in der realen Welt, Ritter, Poore und team analysierten Blut gewonnene plasma Proben von 59 mündigen Patienten mit Prostata-Krebs, 25 mit Lungenkrebs und 16 mit Melanom, sofern durch Mitarbeiter an der Moores Cancer Center an der UC San Diego Health. Mit neuen tools, die Sie entwickelt, um Verschmutzung herabzusetzen, entwickelten die Forscher eine Anzeige, mikrobielle Signaturen für jeden Krebspatienten Probe und verglichen Sie miteinander und mit plasma-Proben von 69 gesunden, HIV-negativen Freiwilligen, die durch die HIV-Neurologische Research Center an der UC San Diego School of Medicine.
Das team der machine-learning-Modelle in der Lage waren zu unterscheiden, die meisten Menschen mit Krebs, von denen ohne. Zum Beispiel, die Modelle könnten richtig identifizieren eine person mit Lungenkrebs mit 86-Prozent-Empfindlichkeit und eine person ohne Lungenerkrankung mit 100 Prozent Spezifität. Sie könnte oft sagen, welche hatten die Teilnehmer, welche der drei Krebs-Arten. Zum Beispiel, die Modelle könnten richtig unterscheiden zwischen einer person mit Prostatakrebs und eine person mit Lungenkrebs mit 81 Prozent Sensitivität.
„Die Fähigkeit, in einem einzigen Rohr von Blut, um ein umfassendes Profil der tumor-DNA (nature) als auch die DNA des Patienten mikrobiota (pflegen), so zu sprechen, ist ein wichtiger Schritt im besseren Verständnis der Wirt-Umwelt-Interaktionen in Krebs,“ sagte co-Autor Sandip Pravin Patel, MD, ein medizinischer Onkologe und co-Leiter der experimentellen Therapeutik am Moores Cancer Center an der UC San Diego Health.
„Mit diesem Ansatz ist das potential zur überwachung dieser Veränderungen im Laufe der Zeit, nicht nur als Diagnose, aber für die langfristige therapeutische überwachung. Dies könnte erhebliche Konsequenzen für die Versorgung von Krebs-Patienten, und in der Früherkennung von Krebs, wenn diese Ergebnisse weiter zu halten, bis weitere Tests.“
Vergleich zu den aktuellen Krebs-Diagnose
Nach Patel, Diagnose der meisten Krebsarten erfordert derzeit eine chirurgische Biopsie oder Entnahme einer Probe aus der vermuteten Tumorart und Analyse der Probe durch Experten, die sich für die molekularen Markern, die mit bestimmten Krebsarten. Dieser Ansatz kann invasive, Zeit-und kostenintensiv.
Mehrere Unternehmen sind jetzt die Entwicklung „flüssige Biopsien“— Methoden, um schnell diagnose von bestimmten Krebsarten, Verwendung einer einfachen Blutprobe und Technologien, die es Ihnen ermöglichen, zu erkennen Krebs-spezifische menschliche gen-Mutationen in zirkulierender DNA Schuppen von Tumoren. Dieser Ansatz kann bereits bei der überwachung der progression von Tumoren für einige Arten von bereits diagnostizierten Krebsarten, aber noch nicht genehmigt von der US Food and Drug Administration (FDA) für den diagnostischen Gebrauch.
„Während es hat erstaunliche Fortschritte im Bereich der flüssigen Biopsie und frühen Krebs-Früherkennung, aktuelle flüssiger Biopsien sind noch nicht in der Lage, zuverlässig zu unterscheiden normalen genetischen variation von true Krebs im Frühstadium, und Sie können nicht abholen Krebsarten, wo die menschliche genomische Veränderungen sind nicht bekannt oder nicht erkennbar ist,“ sagte Patel, die auch dient als stellvertretender Direktor des San Diego Center for Precision Immuntherapie.
Das ist, warum es ist oft ein Risiko, dass die derzeitige flüssige Biopsien false-negative Ergebnisse in der Einstellung der niedrigen Belastung durch Krankheit. „Es ist schwer zu finden, eine sehr seltene menschliche gen-mutation in einer seltenen Zelle Schuppen von einem tumor,“ Patel sagte. „Sie sind leicht zu übersehen und man könnte gesagt werden, dass Sie keinen Krebs haben, wenn Sie wirklich tun.“
Nach Angaben der Forscher, ein Vorteil der Krebs-Früherkennung auf der Basis mikrobieller DNA, im Vergleich zu zirkulierenden menschlichen tumor-DNA, ist seine Vielfalt unter verschiedenen Körperstellen. Die menschliche DNA, im Gegensatz dazu, ist im wesentlichen die gleiche im ganzen Körper. Von nicht sich auf seltene menschliche DNA-Veränderungen, die Studie legt nahe, dass Blut-basierte mikrobielle DNA-anzeigen können in der Lage sein, genau zu erkennen, das Vorhandensein und die Art von Krebs in früheren Stadien als die aktuellen flüssige Biopsie-tests, ebenso wie für Krebserkrankungen, die fehlende genetische Mutationen nachweisbar durch diese Plattformen.
Einschränkungen und Vorsichtsmaßnahmen
Die Forscher sind schnell darauf hin, dass es immer noch die Möglichkeit, Blut-basierte mikrobielle DNA-anzeigen verpassen könnte Anzeichen von Krebs und zur Rückgabe eines false-negative-Ergebnis. Aber Sie erwarten, dass Ihr neuer Ansatz wird sich mehr genau wie Sie verfeinern Ihre machine-learning-Modelle mit mehr Daten.
Und während falsch-negative Befunde können werden weniger Häufig mit der mikrobiellen DNA-Ansatz, falsche positiv—hören Sie Krebs haben, wenn Sie nicht—sind immer noch ein Risiko.
Patel sagte, dass, nur weil ein Krebs frühzeitig erkannt, es bedeutet nicht, es erfordert immer eine sofortige Behandlung. Einige DNA-Veränderungen sind nicht krebsartigen, Veränderungen im Zusammenhang mit Alterung, harmlos oder selbst beheben. Sie würden nie wissen, über die Sie ohne den test. Das ist, warum mehr screening-und mehr Krebs-Diagnose möglicherweise nicht immer eine gute Sache, Patel sagte, und sollte bestimmt werden von erfahrenen Klinikern.
Das team hat auch darauf hingewiesen, dass, selbst wenn eine mikrobielle Auslesen zeigt an Krebs, der patient würde wahrscheinlich erfordern zusätzliche tests zur Bestätigung der Diagnose, der Bestimmung des Stadiums des Tumors und die Bestimmung Ihrer genauen Position.
Blick nach vorn
Ritter sagte, dass viele Herausforderungen noch vor uns liegen, als sein team weiter entwickelt, werden diese ersten Beobachtungen in einer von der FDA zugelassenen diagnostischen Tests für Krebs. Die meisten alle, die Sie benötigen, um zu überprüfen, Ihre Erkenntnisse in einem viel größeren und vielfältigeren Patientenpopulation, ein teures Unterfangen. Sie müssen definieren, was ein „gesundes“ Blut-basierte mikrobielle Auslesen könnte so Aussehen unter vielen, unterschiedlichen Menschen. Sie möchte auch, um zu bestimmen, ob die mikrobielle Signaturen können Sie erkennen, in menschlichem Blut kommen aus dem Leben Mikroben, die tote Mikroben oder Toten Mikroben, die aufplatzen, Dispergieren Ihre Inhalte—eine Einsicht, die helfen könnten, Sie zu verfeinern und verbessern Sie Ihren Ansatz.
Voraus-Blut-basierte mikrobielle DNA Auslesen über die nächsten Schritte in Richtung Zulassung, Vermarktung und klinische Anwendung einer diagnostischen test, Ritter und Poore eingereicht haben Patentanmeldungen und Sie gründeten ein spinout-Unternehmen namens Micronoma, mit co-Autor Sandrine Müller-Montgomery, Ph. D., professor of practice in der Jacobs School of Engineering und Direktor von der Mitte für Microbiome Innovation an der UC San Diego.
Die aktuelle Studie kann aufgefordert werden, wichtige Veränderungen im Bereich der Krebs-Biologie, sagte Poore.
„Zum Beispiel, ist es üblich, für Mikrobiologen, um viele Verunreinigungen kontrolliert in Ihren Experimenten, aber diese haben in der Vergangenheit nur selten verwendet in Krebs-Studien,“ sagte er. „Wir hoffen, dass diese Studie ermutigen, die Zukunft der Krebs-Forscher ‚mikrobiell bewusst.'“
Die Forscher auch darauf hin, Krebs Diagnose kann nur der Anfang für die neu entdeckten Krebs-assoziierten Blut mikrobiom.