Микробиом опухолей реконструировали по данным РНК-секвенирования

В последнее время накоплено множество подтверждений существенного вклада микробиома опухолей в их биологию. Однако до сих пор неясно, связаны ли свойства опухоли с паттернами микробной колонизации. Ученые из Италии и Германии выявили бактериальные сигналы в данных РНК-секвенирования опухолей и связали полученные данные о составе микробиома с клиническими и молекулярными свойствами опухолей.

Авторы использовали доступные датасеты РНК-секвенирования из TCGA (The Cancer Genome Atlas), в том числе образцов опухолей толстого кишечника, головы и шеи, кожи, легких, молочных желез, яичников и мозга, и провели выравнивание на человеческие и бактериальные геномы. Бактериальный след обнаружился в каждом из видов опухолей. По анализу бактериальных ридов был реконструирован состав микробиома.

Чтобы лучше понять, насколько точно предложенный метод восстанавливает состав микробиома ткани, авторы применили этот метод к когорте из 30 пациентов с неметастатическим раком толстой кишки, перенесших хирургическую резекцию. От этих пациентов получили образцы опухолевой и неопухолевой ткани и провели РНК-секвенирование и секвенирование генов рибосомной 16S РНК. Результаты реконструкции микробиомов опухолей по данным РНК-секвенирования, оказались сходными с теми, что были получены для образцов пациентов с тем же видом рака из когорты TCGA и хорошо совпадали с результатами секвенирования генов 16S РНК.

Следующим шагом авторы изучили взаимосвязь между составом микробиома в опухоли и ее клиническими характеристиками. В исследование включили такие характеристики, как возраст, пол, локализация опухоли, индекс массы тела, наличие предшествующего рака, история наличия полипов, стволовость образца (доля стволовых клеток), процент нераковых клеток, стадия заболевания, микросателлитная нестабильность, степень метилирования, подтип заболевания (consensus molecular subtype, CMS), анеуплодия и мутационная нагрузка. Для аденокарциномы толстого кишечника (АТК) ученые показали взаимосвязь между составом микробиома и локализацией опухоли, подтипом заболевания, мутационной нагрузкой, стволовостью и историей полипов.

Каждый подтип рака толстой кишки характеризуется специфическими молекулярными и клиническими свойствами. Авторы проверили, связаны ли эти свойства с микробным составом опухолей. Так, первый подтип, CMS₁, имел уникальный микробиомный состав. Поскольку для этого подтипа характерны сильная инфильтрация иммунных клеток и активация иммунных путей, авторы изучили иммунный ландшафт этих опухолей на основе данных экспрессии генов. Они выявили 22 типа иммунных клеток и обнаружили ассоциации с составом микробиома для дендритных клеток, В-клеток памяти, регуляторных Т-клеток и тучных клеток.

Взаимодействие бактерий и хозяина может быть не только иммуноопосредованным, но и прямым — основанным на метаболическом обмене как в физиологических, так и в патологических условиях. Авторы проанализировали данные метагеномики и транскриптомики для изучения активности бактериальных метаболических путей и получили некоторые интересные результаты. Так, в леволокализованных опухолях толстого кишечника были более активны цикл трикарбоновых кислот и синтез жирных кислот, чем в праволокализованных.

Генетический фон пациента влияет не только на прогрессирование опухоли, но и, как предполагается, на ее бактериальный состав. Поэтому авторы исследовали связь микробиома опухолей с двумя молекулярными характеристиками: статусом мутации драйверных генов и статусом анеуплоидии (аномальным количеством хромосом). Для большинства опухолей связи обнаружено не было, лишь для плоскоклеточной карциномы головы и шеи наблюдалась ассоциация между микробиомом и некоторыми видами анеуплодии.

Авторы подчеркивают, что им удалось обнаружить связь между составом микробиома и выживаемостью пациентов без прогрессирования. Рак толстой кишки чаще рецидивировал у пациентов с преобладанием бактерий Cutibacterium granulosum, Corynebacterium tuberculostearicum, Moraxella osloensis, Gemella haemolysans, Staphylococcus epidermidis, Finegoldia magna, Lawsonella clevelandensis and Acinetobacter baumannii. Чтобы понять, были ли эти ассоциации выявлены только в микроокружении опухоли, или они отражают общий дисбиоз толстой кишки, ученые проверили, сохраняются ли ассоциации между 14 изучаемыми клиническими свойствами и составом микробиома в незлокачественных тканях, доступных в базе данных TCGA. В здоровых тканях такой связи не обнаружили. Авторы использовали это наблюдение, чтобы создать модель, которая предсказывает злокачественность опухоли по микробиомному составу образца.

Обнаруженная связь между составом микробиома и различными свойствами опухолей толстой кишки позволяла поставить вопрос о роли отдельных бактериальных видов в формировании тех или иных свойств. Так, Faecalibacterium prausnitzii, Coprococcus comes, Bacteroides vulgatus и B. thetaiotaomicron были более многочисленными в образцах из правой части толстого кишечника; B. fragilis, Clostridium asparagiforme, Fusobacterium sp. OBRC1 и Bacteroides sp. 3_2_5 — в образцах с высокой микросателлитной нестабильностью. Роды Clostridium, Bacteroides, Fusobacterium, Actinomyces и Peptostreptococcus, а также филлум Firmicutes были ассоциированы с подтипом CMS₁, наиболее богатым иммунными клетками. Семнадцать видов, в том числе Corynebacterium matruchotii, A. baumannii, Pseudomonas stutzeri и Propionibacterium namnetense, положительно коррелировали с вероятностью рецидива.

Таким образом, авторы показали, что информацию о микроорганизмах опухолевой ниши можно получить из данных РНК-секвенирования. им удалось установить интересные факты. Например, F. prausnitzii, которой оказались обогащены опухоли с правой стороны толстой кишки, известна как одна из основных анаэробных бактерий, которые питают клетки толстой кишки, а некоторые метаболические пути, характерные для леволокализованных опухолей, ассоциированы с развитием рака или воспалением. Эти и другие различия, обнаруженным авторами, могут напрямую влиять на свойства опухоли или, напротив, отражать ее свойства.

Бактерии в раковых клетках способствуют метастазированию

Составлен атлас микобиомов раковых опухолей

Пробиотические бактерии заселяют опухоль и провоцируют ее уничтожение