Бактерии в раковых клетках способствуют метастазированию

В последние годы все больше исследований подтверждает роль тканевой микробиоты в развитии раковых опухолей. Однако малая численность бактерий в тканях значительно затрудняет подробное изучение этой проблемы, поэтому детали взаимодействия микробиоты и рака не были известны. Группа учёных из Китая показала, что бактерии, обитающие в раковых клетках, делают их более устойчивыми к механическому стрессу и тем самым способствуют распространению метастазов.

В качестве модели ученые использовали спонтанный мышиный рак молочной железы (MMTV-PyMT), так как он схож по микробиологическому составу с человеческим раком груди. Для анализа численности бактерий в здоровых тканях и тканях опухоли. Для этого использовали анализ на основе количественной ПЦР, модифицированный для более точного учета малых количеств бактерий. Анализ показал, что в тканях опухоли обитает примерно в 10 раз больше бактерий, чем в здоровых тканях. Далее ученые проанализировали состав микробиоты при помощи модифицированного секвенирования 16S РНК. Оказалось, что в здоровых тканях преобладают бактерии группы Proteobacteria, а в опухолевых — группы Firmicutes. В раковых тканях также было понижен общий уровень разнообразия.

Чтобы определить, где именно в тканях обитают бактерии — в клетках или в межклеточном пространстве — использовали окрашивание характерных для бактерий компонентов и флуоресцентное мечение. Анализ показал, что около 97% бактерий обитают в цитозоле. Эти результаты подтвердились и оценкой численности бактерий в культивированных тканях.

Ученые задались вопросом, как на развитие опухоли повлияет уничтожение микробиома тканей и микробиома ЖКТ. Коктейль из антибиотиков мыши получали с питьевой водой либо через хвостовую вену. В первом случае уничтожалась микробиота как ЖКТ, так и опухолевых тканей, во втором только опухолевых тканей. Уничтожение микробиоты ЖКТ и тканей опухоли замедляло рост опухоли и образование метастазов. При уничтожении только микробиоты тканей рака не происходило замедления роста опухоли, но снижалось образование метастазов.

Авторы работы также проверили, распространяются ли содержащиеся в клетках бактерии вместе с ними в метастазы. Для этого они сравнили состав микробиоты в первичном раке, метастазах и здоровых тканях. Микробиота метастазов в целом соответствовала микробиоте первичного рака, хотя и подвергалась некоторым изменениям, связанным с условиями в разных тканях (так, в метастазах в легких было меньше анаэробных бактерий).

Чтобы окончательно подтвердить распространение бактерий в тандеме с раковыми клетками, ученые ввели в раковые ткани рекомбинантные бактерии, синтезирующие флуоресцентный белок. В дальнейшем клоны этих бактерий обнаруживались только в метастазах и отсутствовали в здоровых тканях.

Для более подробного изучения влияния бактерий на рост и метастазирование ученые культивировали клетки рака вместе с отдельными родами бактерий. Присутствие бактерий не влияло на темпы роста, однако введение совместно культивированных клеток мышам с предварительно обработанными антибиотиками опухолями провоцировало метастазирование. Полученные данные позволяли предположить, что бактерии рода Staphylococcus и Lactobacillus способствовали образованию метастазов, в то время как Enterococcus и Streptococcus оказывали минимальное влияние, возможно, из-за низкой эффективности инвазии в клетки или органоиды.

Наконец, ученые попытались выяснить, за счет чего инфицированные бактериями раковые клетки получают преимущество при метастазировании. Когда клетки попадают в кровеносную систему, они подвергаются сильному механическому стрессу в кровяном потоке, что часто приводит к апоптозу. Ученые предположили, что изменения, вызванные бактериями, могут помочь раковым клеткам вынести этот стресс. Для проверки этой гипотезы сконструировали специальную установку, оснащенную насосом, которая имитировали различные уровни механического стресса. И действительно, на высоких уровнях стресса клетки, несущие бактерии, показывали более высокий уровень выживаемости, — очевидно, за счет реорганизации актинового цитоскелета в циркулирующих клетках.

Авторы работы считают, что дальнейшее исследование взаимодействия раковых клеток и бактерий может способствовать разработке новых методов лечения рака на основе антибиотиков.