Два последних анализа микробной ДНК в образцах опухолей призваны возобновить работу в этой области, вызывающей множество споров.
Когда ученые взяли под прицел исследование, опубликованное в журнале Nature в 2020 году, в котором утверждалось, что по микробной ДНК в крови человека можно обнаружить конкретные виды рака, они не стали тянуть с выводами. В препринте 2023 года, в котором подробно описаны «основные ошибки анализа данных», девять ученых назвали выводы громкого исследования «совершенно неверными». Удары были нанесены: в прошлом году журнал отозвал статью, а компания по диагностике рака, созданная для коммерциализации этого подхода, потерпела крах.
Теперь же исследователи, которые выступили с критикой, опубликовали в журнале Science Translational Medicine две независимые работы, призванные привнести больше научной строгости в эту область микробиома. В одной из них повторно анализируются данные, использованные в отозванном исследовании Nature, и подтверждается, что это и другие громкие исследования микробиома рака, скорее всего, содержат методологические недостатки. Другая анализирует последовательности опухолевой ДНК в генетической базе данных и приходит к выводу, что, хотя большинство раковых опухолей не содержат особых микробных сообществ, эти данные все же могут быть полезны для выявления опасных инфекций у раковых больных или для определения их прогноза.
По мнению Мэтью Мейерсона, генетика из Института рака Дана-Фарбер и Гарвардской медицинской школы, который не принимал участия в обоих исследованиях, новые работы вносят «огромный вклад в научную литературу», выявляя и устраняя недостатки, которые были характерны для других исследований в этой области. По его словам, «очень точная» картина видов, обнаруженных в опухолях, поможет ученым узнать больше о микробах, которые могут вызывать или реагировать на рак человека.
Исследователям уже несколько десятилетий известны связи между раком и микробами, живущими в человеческом организме. Например, вирус папилломы человека является признанной причиной рака шейки матки и других видов рака, а бактерия Helicobacter pylori - хорошо известный фактор риска развития рака желудка. Но идея о том, что в опухолях и окружающих тканях обитает особое сообщество микробов и что это сообщество может быть использовано в клинических целях для различения злокачественных опухолей, гораздо более спорна.
В статье Nature, опубликованной в 2020 году и уже отозванной, сравнивались данные полногеномного секвенирования образцов тканей человека из Атласа генома рака (TCGA) с базой данных микробных ДНК. Авторы утверждали, что им удалось обнаружить различные микробные профили для десятков различных видов рака и предсказать наличие некоторых опухолей, измерив бактериальную ДНК, циркулирующую в крови человека. Компания Micronoma, основанная в 2019 году исследователем микробиома из Калифорнийского университета в Сан-Диего Робом Найтом и двумя другими соавторами статьи в Nature, собрала миллионы долларов на разработку анализа крови на рак легких и другие злокачественные опухоли, основанного на этом принципе.
Но критика 2023 года, написанная исследователями из Университета Джонса Хопкинса и Университета Восточной Англии, пробила бреши в этом подходе. Базы данных микроорганизмов, подобные той, что использовалась в исходном исследовании, часто бывают контаминированы неправильно помеченными последовательностями человеческой ДНК, которые попадают в лабораторные образцы во время работы с ними. По мнению критиков, то, что в работе 2020 года не были должным образом учтены эти и другие виды контаминаций, привело к странным результатам, включая очевидную связь между бактерией из морских водорослей и раком мочевого пузыря. Они также утверждают, что из-за отдельной ошибки в обработке данных микробные сообщества оказались специфичными для рака, хотя на самом деле это не так.
Хотя авторы статьи поначалу защищали результаты, в 2024 году журнал Nature с согласия авторов опроверг эту работу. Другие лаборатории, использовавшие данные статьи в своих работах, ощутили на себе последствия. По крайней мере одно из таких исследований - статья 2022 года в журнале Nature Communications, посвященная прогнозу развития рака и реакции на лекарства, - теперь подлежит опровержению.
В одной из двух новых статей группа специалистов из Университета Джонса Хопкинса под руководством специалиста по вычислительной биологии Стивена Зальцберга расширяет анализ проблем с контаминацией в исследовании 2020 года, а также представляет новые доказательства наличия аналогичных проблем в другой работе Найта - исследовании 2022 года, опубликованном в журнале Cell, в котором утверждается, что в различных раковых опухолях были обнаружены отдельные грибковые сообщества. Исследователи утверждают, что не только некоторые из якобы грибковых последовательностей на самом деле являются человеческими, но и другие представляют собой неправильно идентифицированные секвенирующие векторы - молекулярные носители, которые исследователи используют в лаборатории для считывания ДНК.
Используя многочисленные методы для исключения контаминирующих последовательностей, Зальцберг и его коллеги также создали свой собственный массив данных о бактериях, вирусах, археях и грибах, обнаруженных во всех 5734 образцах TCGA. Зальцберг по-прежнему скептически относится к тому, что опухоли вообще содержат резидентный микробиом. Однако, по его словам, группа «хотела сделать более качественные данные доступными» для исследователей, желающих изучить данные TCGA на предмет ассоциаций между раком и микробами. (Авторы обнаружили в образцах опухолей некоторые грибки, такие как обычные дрожжи Saccharomyces cerevisiae, но предполагает, что это связано с лабораторной контаминацией, а не с тем, что эти организмы живут в опухолях пациентов).
Найт не ответил на просьбу о комментарии, хотя ранее он сообщил изданию Science, что в работе Cell 2022 года использовались обновленные методы, позволяющие сделать выводы, аналогичные исследованию его группы, проведенному в 2020 году. С компанией Micronoma связаться не удалось: генеральный директор компании покинул ее вскоре после появления критики в 2023 году, а ее веб-сайт и страницы в социальных сетях с тех пор не работают. Равид Штраусман, соавтор статьи Cell 2022 года и биолог-онколог из Научного института Вейцмана, не стал комментировать новое исследование, но говорит, что его группа знала об ограничениях массива данных TCGA, который не был создан с целью изучения микробиома. Исследование, опубликованное в Cell частично опиралось на второй массив данных о человеческих тканях, созданный «с использованием лучших практик анализа микробиома», добавляет он.
В другой статье, опубликованной на днях в журнале Science Translational Medicine, биоинформатик Абрахам Джихави и его коллеги из Университета Восточной Англии изучают данные проекта Genomics England's 100.000 Genomes Project, который включает образцы тканей раковых больных. Используя несколько этапов для устранения контаминирующих последовательностей ДНК, авторы показали, что из 22 видов рака только один - колоректальный - был связан с определенным микробным сообществом, которое могло предсказать наличие заболевания. Исследователи добавляют, что определенные последовательности бактериальной ДНК в крови пациента могут помочь в диагностике колоректального рака, хотя Джихави подчеркивает, что эти выводы нуждаются в проверке.
Даже если для большинства видов рака не существует достоверно определенных микробных сигнатур, эта работа может иметь клиническое применение, отмечает биоинформатик из Университета Восточной Англии и соавтор работы Дэниел Брюэр. Например, когда полногеномное секвенирование опухолей пациентов станет более обычным делом, клиницисты смогут сканировать ДНК как человека, так и микроорганизмов, что позволит выявить потенциально опасные инфекции. Предварительные данные, представленные в работе, также позволяют предположить, что присутствие некоторых микробов в образцах опухолей может прогнозировать прогноз рака.
Иван Вуйкович-Цвиджин, ученый-микробиолог из Медицинского центра Седарс-Синай, не принимавший участия в работе, полагает, что эти два исследования показывают, как эта область может преодолеть противоречия. «В этих работах делается глубокое погружение, чтобы выяснить, в чем суть проблем», - говорит он. «Это дает нам возможность совершенствоваться».
