Инженеры-биомедики из Университета Дьюка разработали алгоритм удаления контаминированной микробной генетической информации из Атласа генома рака (TCGA).
Имея более четкое представление о микробиоте, живущей в различных органах как в здоровом, так и в раковом состоянии, исследователи теперь смогут найти новые биомаркеры заболеваний и лучше понять, как многочисленные раковые состояния влияют на человеческий организм.
В первом исследовании, в котором использовался деконтаминированный набор данных, исследователи уже обнаружили, что нормальные и раковые ткани органов имеют слегка отличающийся микробиом, что бактерии из этих пораженных участков могут попасть в кровоток, и что эта бактериальная информация может помочь в диагностике рака и предсказании исхода у пациента.
Результаты опубликованы в журнале Cell Host & Microbe.
TCGA - это знаковая программа геномики рака, которая молекулярно охарактеризовала более 20 000 первичных раковых заболеваний, охватывающих 33 типа рака и сопоставила их со здоровыми образцами. Она позволила получить более 2,5 миллиона гигабайт "омических" данных. Атлас содержит информацию о том, какая ДНК представлена, какие эпигенетические маркеры присутствуют на ДНК, какая ДНК активна и какие белки вырабатываются. Атлас свободно доступен для публичного использования.
Одно из исследований, проведенное на основе данных атласа, выявило обилие Fusobacterium nucleatum при раке толстой кишки, что как было показано может свидетельствовать о стадии заболевания, прогнозе выживаемости, метастазировании и даже реакции на препараты против этого вида рака. Во многих других исследованиях проводились поиски таких бактерий-биомаркеров, однако было обнаружено лишь несколько таких маркеров. Основной причиной этого является контаминация вследствие случайного попадания бактерий в исследуемые в лабораториях образцы. В то время как аналогичные исследования микробиомов с использованием богатого микробами материала, например, фекалий, могут преодолеть небольшую контаминацию, сравнительно небольшие образцы, взятые из живых человеческих органов и образцов опухоли, не могут.
При изучении множества данных секвенирования TCGA, предыдущие исследования показали, что микробная ДНК ряда видов является результатом лабораторной контаминации.
"Все исследователи микробиоты страдают от мысли, что если вы найдете микроб, действительно ли он был в ткани или это контаминация в процессе обработки образца?" - говорит Ксилинг Шен, доцент кафедры биомедицинской инженерии в Университете Дьюка. "Мы изобрели метод, который может извлечь микробов, действительно находившихся в каждом образце, и использовали его для создания того, что мы назвали "Атлас микробиома рака", который станет огромным информационным ресурсом для сообщества и позволит нам понять, как рак изменяет микробиом органа".
Метод удаления контаминации из данных TCGA был изобретен Андерсом Долманом. Долман впервые сравнил микробиомные сигнатуры раковых тканей из разных органов и крови и исключил те виды контаминантов, которые обнаруживались беспорядочно. Затем он сопоставил сигнатуры микробиом идентичных образцов, полученных из разных учреждений и пришел к выводу, что микробиологические виды, которые могут быть обнаружены только в образце из конкретного учреждения, являются контаминантами, что позволяет получить уникальные признаки контаминации.
"Большой проблемой в этом процессе было смешанное обнаружение видов, которые являются бактериями и одновременно контаминантами эндогенными для тканей", - рассказывает Долман. "Но поскольку TCGA имеет так много различных типов данных, мы смогли выявить их. Большие данные действительно помогают!"
Усилия уже приносят свои плоды. Так, используя алгоритм деконтаминации, исследователи внимательно изучили микробиотические сигнатуры образцов, взятых у больных раком толстой кишки. Они обнаружили две уникальные группы бактерий, часто встречающиеся вместе, одна из которых, по-видимому, связана с прогнозом исходов у пациентов.
Исследователи также обнаружили, что некоторые виды рака действительно изменяют микробиом их резидентных органов. Возможно опухоли изменяют микробиом органа, делая его более или менее гостеприимным для различных видов микроорганизмов. Исследуя микробные сигнатуры в образцах крови пациентов, они также обнаружили, что некоторые бактерии попадаю в кровоток, что также может свидетельствовать о развитии рака.
"В нашей области возник своего рода кризис, связанный с тем, можно ли распространять резонансные статьи из-за проблемы контаминации", - говорит Шен. "Теперь, в будущих новых исследованиях может быть использован наш метод для устранения контаминации".
