癌症微生物组揭示了肿瘤中存在哪些细菌

杜克大学的生物医学工程师已经设计出一种算法,可以从癌症基因组图谱(TCGA)中删除受污染的微生物遗传信息。有了健康和癌变状态下各个器官中生活的微生物群落的更清晰图片,研究人员现在将能够找到疾病的新生物标记,并更好地了解众多癌症如何影响人体。

在使用新净化的数据集进行的第一项研究中,研究人员已经发现正常器官和癌性器官组织的微生物群组成略有不同,这些患病部位的细菌可以进入血流,并且这种细菌信息可以帮助诊断癌症并预测患者预后。

结果于2020年12月30日在线发表在《细胞宿主》杂志上& Microbe.

TCGA是一项具有里程碑意义的癌症基因组计划,其分子特征超过20,000种原发癌,并匹配了涵盖33种癌症类型的健康样本。它已经产生了超过250万千兆字节的“ omic”数据。该图集包括存在的DNA,DNA上的表观遗传标记,打开的DNA以及正在产生的蛋白质。它是免费提供给公众使用。

来自地图集数据的一项研究表明,大肠癌中存在大量核梭形芽孢杆菌,从那以后就表明它们可指示此类癌症的分期,生存,转移甚至药物反应。

已经进行了更多的研究来寻找这种细菌生物标志物,但是很少被发现。造成这种情况的主要原因是污染。当实验室不小心将细菌引入样品中时,很难辨别样品中实际存在的物种。尽管使用富含微生物的物质(如粪便)进行的类似微生物组研究可以克服少量污染,但从人体活体器官和肿瘤样本中提取的相对较小的样本却不能。

在检查TCGA测序数据的子集时,先前的分析发现许多物种的微生物DNA是实验室污染的结果。

“所有微生物群研究都受到这样一种观念的困扰:如果您发现了一种微生物,它是真的存在于组织中还是在加工过程中引入了污染?”说过 沉西玲,杜克大学霍金斯家族生物医学工程副教授。 “我们发明了一种方法,可以提取每个样品中真正存在的微生物,并用它来构建我们所谓的癌症微生物组图集,这对于社区而言将是巨大的资源,并使我们能够了解癌症如何改变器官的微生物组。”

Shen实验室的研究生Anders Dohlman发明了从TCGA数据中删除污染的方法。 Dohlman首先比较了来自不同器官和血液的癌组织之间的微生物组特征,并排除了不加区别地出现的污染物种类。然后,他比较了在哈佛到贝勒等不同地点加工的相同样品的微生物组特征。 Dohlman得出结论,只能从特定位置检测到的微生物是污染物,这使他可以为每个位置分配唯一的污染特征。

“在这一过程中,最大的挑战是混合证据物种,它们是既是污染物又是组织内源性细菌,” Dohlman说。 “但是,由于TCGA有许多不同类型的数据,因此我们能够进行梳理。大数据确实有帮助!”

“我们发明了一种方法,可以提取每个样品中真正存在的微生物,并用它来构建我们所谓的癌症微生物组图集,这对于社区而言将是巨大的资源,并使我们能够了解癌症如何改变器官的微生物组。”

– XILING SHEN

这种努力已经以各种方式带来了回报。在使用Dohlman的去污算法后,研究人员仔细观察了从结直肠癌患者身上采集的样品的微生物群特征。他们发现了经常一起发现的两组独特细菌,其中一组似乎与患者的生存有关。

研究人员还发现,某些癌症确实确实改变了其驻留器官的微生物组。沉的原因可能是,肿瘤改变了器官的微环境,使其或多或少地适合于不同的微生物物种。通过寻找患者血液样本中的微生物特征,他们还发现,尽管有相反的传统看法,但某些细菌确实确实进入了血液,这也可能表明癌症的进展。

沉说:“由于受到污染的挑战,在能否复制高调的论文方面存在一种危机。” “例如,虽然一个中心可以重现其结果,但另一个中心则不能。这就解释了原因:每个中心都有自己非常一致的偏见。 (其自身存在的微生物污染物。)将来,新的研究可以使用我们的方法消除这种偏差并重现结果,研究中心也许可以利用我们确定的偏差来减轻其污染。”

这项研究得到了美国国立卫生研究院(R35GM122465,DK119795)和美国国防高级研究计划局(W911NF1920111)的支持。

引文:“癌症微生物组图集:从污染物中区分组织内微生物群的泛癌比较分析。” Anders B.Dohlman,Diana Arguijo Mendoza,丁胜利,Michael Gao,Holly Dressman,Iliyan D.Iliev,Steven M.Lipkin,沉希玲。细胞宿主&微生物,2021年。DOI:10.1016 / j.chom.2020.12.001

 



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