Британские исследователи обнаружили генетические последовательности 18 ранее неизвестных видов бактерий в данных пациентов с раком предстательной железы. Для этого они изучили фрагменты ДНК, которые обычно исключают из анализа человеческого генома. Большинство найденных микробов связано с полостью рта, однако их роль в развитии рака пока не установлена. Что удалось прочитать в генетическом «шуме» и как это поможет изучать болезнь — в материале «Известий».
Что нашли в данных пациентов с раком простаты
Ученые работали с материалами международного объединения Pan Prostate Cancer Group (PPCG). Оно собрало молекулярные данные более чем о 2 тыс. опухолей предстательной железы при участии специалистов из девяти стран. Этот ресурс создавался для изучения биологических различий между опухолями и причин, по которым заболевание у разных пациентов протекает неодинаково.
В новой работе команда проверила 2176 наборов данных секвенирования. Исследование охватывало генетический материал из слюны, опухолевой ткани и крови пациентов. Из этих данных удалось восстановить 249 почти полных бактериальных геномов, относящихся к образцам 194 человек.
Для 24 восстановленных геномов не нашлось соответствия среди зарегистрированных видов. В результате исследователи выделили 18 ранее неизвестных видов бактерий. Эти числа описывают разные результаты: несколько геномов могут относиться к одному виду.
Для 16 новых организмов предложили предварительные названия. Среди них — Candidatus Porphyromonas leptis, Candidatus Treponema oralis и Candidatus Nanosyncoccus prostatocharitus. Пока речь идет прежде всего о восстановленных генетических последовательностях: выделение самих бактериальных штаммов из образцов пациентов остается одной из следующих задач.
Как бактерии обнаружили в генетическом «шуме»
При секвенировании ученые определяют последовательность ДНК в образце. Если задача состоит в поиске изменений в человеческом геноме, основное внимание уделяют фрагментам, которые можно сопоставить с ДНК человека. Небольшую долю последовательностей, не совпадающих с ней, обычно отфильтровывают.
Однако в этой части данных могут находиться следы микроорганизмов. Команда Университета Восточной Англии сохранила такие фрагменты и применила метагеномную сборку — метод, позволяющий восстанавливать геномы микробов из множества коротких участков ДНК.
«Данные уже были получены, оплачены и проанализированы для совершенно другой цели, а бактериальные последовательности находились в той части, которую все отбрасывают», — объяснил первый автор исследования, сотрудник Норвичской медицинской школы Абрахам Гихави.
Подход позволил получить новые сведения без дополнительного забора образцов и повторного секвенирования. Это также делает потенциально полезными другие архивы онкологических исследований: в уже собранных материалах может оставаться информация о микробах, которую не рассматривали при первоначальном анализе.
Почему внимание привлекли бактерии полости рта
Чаще всего исследователям удавалось восстанавливать геномы представителей рода Porphyromonas. К нему относится, в частности, Porphyromonas gingivalis — бактерия, связанная с заболеваниями тканей, окружающих зубы. Среди новых видов также оказались представители рода Treponema.
Большинство обнаруженных организмов связано с полостью рта. У такого результата есть и методическое объяснение: во рту бактерий значительно больше, чем в ткани предстательной железы, поэтому их ДНК легче собрать в геномы. На это отдельно обратил внимание старший автор работы, профессор Дэниел Брюэр.
Следовательно, преобладание бактерий полости рта в полученном наборе само по себе не доказывает их перемещение в простату или участие в росте опухоли. Кроме того, анализ включал слюну: находку бактериальной ДНК в общей коллекции нельзя автоматически считать обнаружением того же микроорганизма внутри опухоли.
Интерес к этим микробам возник еще до новой работы. В исследовании, о котором команда сообщила в 2022 году, наличие определенной группы анаэробных бактерий — способных существовать без кислорода — было связано с более чем двукратной вероятностью прогрессирования рака простаты. Некоторые из этих микроорганизмов обычно встречаются в полости рта.
Это наблюдение стало основанием для дальнейшего изучения связи бактерий с течением болезни. Однако оно не доказывает, что микробы вызывают прогрессирование, и не позволяет приписать такой эффект каждому из 18 новых видов.
Зачем ученым нужны геномы отдельных видов
Одна из трудностей изучения микробов при раке связана с тем, что многие из них пока не удавалось вырастить в лаборатории. Без эталонного генома сложнее создать тест, который будет узнавать конкретный вид, а затем проверить, как часто он встречается у пациентов и с какими особенностями заболевания связан.
Объединение бактерий на уровне рода может скрывать различия между отдельными видами. Новые последовательности позволяют перейти к более точным исследованиям: искать определенный микроорганизм, изучать его гены и сопоставлять его присутствие с течением болезни.
«Теперь, когда у нас есть геномы этих бактерий, мы можем разрабатывать тесты для их обнаружения в клинических образцах, выяснять, как их выращивать, и начинать изучать их гены и возможную связь с раком», — отметил Гихави.
Помимо восстановления геномов, авторы спрогнозировали условия, необходимые для выращивания найденных бактерий, и разработали проверенный ДНК-тест для выявления одного из видов. Его задача — обнаруживать определенный микроорганизм. Возможность использовать такие находки для диагностики самого рака или оценки его агрессивности еще предстоит исследовать.
Что открытие может изменить для пациентов
Практический интерес к бактериям связан с возможностью воздействовать на них. Если дальнейшие исследования покажут, что конкретный микроорганизм способствует агрессивному течению рака простаты, он может стать объектом поиска новых подходов к профилактике или лечению. Пока это направление будущей работы.
«Мы не утверждаем, что эти бактерии вызывают рак простаты. Мы нашли их, дали им названия и создали инструменты для их изучения — этот шаг необходим, прежде чем можно будет надлежащим образом ответить на вопрос о причинной связи», — подчеркнул профессор генетики рака Колин Купер.
Следующим этапом должно стать выделение бактериальных штаммов из образцов пациентов. Работа с самими микроорганизмами поможет проверить предположения, возникшие при анализе их ДНК, и подробнее изучить возможную связь с агрессивными формами заболевания.
Новый результат дает для этого отправную точку: исследователи получили генетические описания ранее неизвестных бактерий и инструменты, с помощью которых можно изучать их по отдельности. Предстоит выяснить, какие из них лишь присутствуют в образцах, какие могут служить признаками определенного течения болезни и есть ли среди них участники процессов, влияющих на опухоль.