Биомедицинские инженеры из Университета Дьюка разработали алгоритм для удаления зараженной микробной генетической информации из Атласа генома рака (TCGA). Имея более четкую картину микробиоты, обитающей в различных органах как в здоровом, так и в злокачественном состоянии, исследователи теперь смогут находить новые биомаркеры болезней и лучше понимать, как многочисленные виды рака влияют на организм человека.

В первом исследовании с использованием недавно очищенного набора данных исследователи уже обнаружили, что нормальные и раковые ткани органов имеют немного другой состав микробиоты, что бактерии из этих пораженных участков могут попадать в кровоток, и что эта бактериальная информация может помочь в диагностике рак и прогнозировать исходы для пациентов.

Результаты появятся в Интернете 30 декабря в журнале Cell Host & Microbe .

TCGA – это знаковая программа в области геномики рака, которая на молекулярном уровне охарактеризовала более 20 000 первичных форм рака и сопоставила здоровые образцы, охватывающие 33 типа рака. Он произвел более 2,5 миллионов гигабайт «ядерных» данных. Атлас включает информацию о том, какая ДНК присутствует, какие эпигенетические маркеры есть в ДНК, какая ДНК включена и какие белки производятся. Он находится в свободном доступе для публичного использования.

Одно исследование, основанное на данных атласа, выявило изобилие Fusobacterium nucleatum при колоректальном раке, что с тех пор показало стадию, выживаемость, метастазирование и даже лекарственные реакции этого вида рака. Поиск таких бактериальных биомаркеров проводился во многих других исследованиях, однако их было мало. Большая причина этого – загрязнение. Когда бактерии попадают в образцы случайно в лабораториях, становится трудно определить, какие виды действительно присутствовали в образцах. В то время как аналогичные исследования микробиома с использованием материала, богатого микробами, такого как фекалии, могут преодолеть небольшие количества загрязнения, сравнительно небольшие образцы, взятые из живых органов человека, и образцы опухолей не могут.

При изучении подмножества данных секвенирования TCGA предыдущие анализы показали, что микробная ДНК ряда видов была результатом лабораторного заражения.

«Все исследования микробиоты страдают от представления о том, что если вы обнаружите микроб, был ли он на самом деле в ткани или это было заражение, внесенное во время обработки?» – сказал Силин Шэнь, доцент кафедры биомедицинской инженерии семьи Хокинсов в Duke. «Мы изобрели метод, который может извлекать микробы, которые действительно присутствовали в каждом образце, и использовали его для создания того, что мы назвали Атлас микробиома рака, который станет огромным ресурсом для сообщества и позволит нам понять, как рак меняет микробиом органа "

Метод удаления загрязнения из данных TCGA был изобретен Андерсом Дольманом, аспирантом лаборатории Шена. Дольман сначала сравнил микробиомные сигнатуры раковых тканей из разных органов и крови и исключил контаминантные виды, которые появлялись без разбора. Затем он сравнил сигнатуры микробиома идентичных образцов, которые обрабатывались в разных центрах, от Гарварда до Бейлора. Дохман пришел к выводу, что виды микробов, которые могут быть обнаружены только на определенном участке, будут контаминантами, что позволило ему присвоить уникальную сигнатуру загрязнения для каждого участка.

«Большой проблемой в этом процессе были виды со смешанными доказательствами, которые представляют собой бактерии, которые являются контаминантами и эндогенными для ткани», – сказал Дохлман. «Но поскольку TCGA содержит так много разных типов данных, мы смогли выявить их. Большие данные действительно помогают!»

Усилия уже приносят дивиденды разными способами. После использования алгоритма обеззараживания Долмана исследователи внимательно изучили микробиотические сигнатуры образцов, взятых у пациентов с колоректальным раком. Они обнаружили две уникальные группы бактерий, которые часто встречаются вместе, одна из которых, по-видимому, связана с выживаемостью пациентов.

Исследователи также обнаружили, что некоторые виды рака действительно изменяют микробиом их внутренних органов. Возможно, рассуждает Шен, опухоли изменяют микросреду органа, делая его более или менее благоприятным для различных видов микробов. И, исследуя микробные сигнатуры в образцах крови пациентов, они также обнаружили, что, несмотря на общепринятое мнение об обратном, некоторые бактерии все же попадают в кровоток, что также может указывать на прогрессирование рака.

«В этой области возник своего рода кризис по поводу того, можно ли воспроизводить громкие статьи из-за проблемы загрязнения», – сказал Шен. «Например, в то время как один центр мог бы воспроизвести свои результаты, другой центр – нет. Это объясняет, почему: каждый центр имеет свою собственную очень последовательную систематическую ошибку (собственные постоянные контаминанты микробов). В будущем новые исследования могут использовать наши метод устранения этой предвзятости и воспроизведения результатов, и исследовательские центры могли бы использовать их предвзятость, которую мы выявили, для смягчения их загрязнения ».

Source link