Kartieren der mit Darmkrebs in Verbindung stehenden Darmbakterien
Darmkrebs ist weltweit nach wie vor eine der häufigsten Todesursachen, doch Methoden zur Früherkennung verfügen oftmals nicht über die erforderliche Sensitivität, um präkanzeröse Läsionen effektiv zu erkennen. In einer bahnbrechenden Studie(öffnet in neuem Fenster), die in „Cell Host & Microbe“ veröffentlicht wurde, haben Forschende eine robuste, generalisierbare mikrobielle Signatur identifiziert, die mit der Krankheit in Zusammenhang steht. Diese Metaanalyse, die vom EU-finanzierten Projekt „CartoHostBug“ unterstützt wurde, untersuchte erneut fast 6.800 Darmmikrobiomprofile und lieferte beispiellose Erkenntnisse über den Zusammenhang zwischen Darmbakterien und Krebs. Die größte Stärke der Studie liegt in ihrem Umfang und der innovativen Methodik. Durch die Zusammenführung von Daten aus 27 unabhängigen Studien aus Deutschland, den Niederlanden und der Schweiz überwand das Forschungsteam die Einschränkungen kleiner, uneinheitlicher Datensätze, die frühere Forschungen beeinträchtigt hatten. Es entwickelte fortgeschrittene computergestützte Ansätze und einen Klassifikator auf Basis des maschinellen Lernens, der in der Lage ist, Mikrobiomdaten zu integrieren, die mit verschiedenen Sequenzierungsmethoden gewonnen wurden. „Das wichtigste Werkzeug ist ein Algorithmus für maschinelles Lernen, der darauf trainiert ist, Krebs- von Nicht-Krebs-Mikrobiomen zu unterscheiden“, erklärt Georg Zeller, Gast-Teamleiter beim CartoHostBug-Projektpartner Europäisches Laboratorium für Molekularbiologie (EMBL) in Heidelberg, Deutschland, in einer kürzlich erschienenen Prssemitteilung(öffnet in neuem Fenster). „Er gibt einen Wert aus, der angibt, wie ‚krebsähnlich‘ ein Mikrobiom ist.“ Durch die Zuweisung eines Wertes zu jeder Darmmikrobiom-Probe lässt sich eine konsistente mikrobielle Signatur aufdecken, die über verschiedene Bevölkerungsgruppen, Regionen sowie Altersgruppen hinweg bestehen bleibt, einschließlich sowohl früh- als auch spät auftretender Fälle. „Wir können dies auf jeden vorhandenen Datensatz zum menschlichen Darmmikrobiom anwenden, einschließlich solcher aus Studien zu Ernährungsinterventionen“, fügt Zeller hinzu, der zudem leitender Autor der Studie und Professor am Projektpartner Leiden University Medical Center in den Niederlanden ist.
Vom Stuhl zum Gewebe
Ein entscheidender Befund war die Korrelation zwischen den auf Stuhlproben basierenden Signaturen und den Mikroben, die direkt im kolorektalen Tumorgewebe gefunden wurden. Die Forschenden analysierten 906 Darmgewebeproben und stellten fest, dass die im Tumorgewebe in höherer Anzahl vorkommenden Mikroben denen entsprachen, die in den Stuhlproben nachgewiesen wurden. Bemerkenswert ist, dass diese krebsassoziierten Mikroben bereits in Tumoren im Frühstadium vorhanden waren, was darauf hindeutet, dass Veränderungen des Mikrobioms bereits frühzeitig im Krankheitsverlauf auftreten. Die Studie hob jedoch auch eine gegenwärtige Einschränkung hervor. Während die Signatur bei etabliertem Krebs ausgeprägt ist, bleibt der Nachweis von präkanzerösen Adenomen anhand von Stuhlproben aufgrund schwächerer mikrobieller Signale in diesen frühen Läsionen weiterhin eine Herausforderung. „Diese Einschränkung ist für die zukünftige klinische Umsetzung von Bedeutung“, kommentiert Mitautor Michael Zimmermann, Gruppenleiter am EMBL. „Sie deutet darauf hin, dass möglicherweise empfindlichere Ansätze, größere Datensätze oder Kombinationen mit anderen Messungen erforderlich sind, bevor mikrobiombasierte Verfahren zur zuverlässigen Erkennung früher präkanzeröser Läsionen beitragen können.“
Ballaststoffe und Erkenntnisse über Bakterien
Die Ernährung erwies sich als entscheidender Faktor bei der Modulation dieser mikrobiellen Signatur. Die Analyse ergab einen eindeutigen umgekehrten Zusammenhang zwischen Ballaststoffzufuhr und dem Mikrobiom-Score für Darmkrebs. Personen mit geringerem Ballaststoffkonsum wiesen stärkere krebsähnliche mikrobielle Muster auf, während Ernährungsinterventionsstudien zeigten, dass eine Erhöhung der Ballaststoffzufuhr diese Werte senken könnte. Die Forschung lieferte zudem wertvolle Erkenntnisse über Fusobacterium, eine Bakteriengruppe, die häufig mit Darmkrebs in Verbindung gebracht wird. Durch die Analyse von Hunderten von Bakteriengenomen aus dieser Gruppe stellte das Team fest, dass sich nicht alle Unterarten gleich verhalten. Fusobacterium nucleatum subsp. Animalis war weltweit durchweg häufiger in Krebsproben vertreten, während andere Unterarten geografisch spezifische Muster aufwiesen. Zwar kann der derzeitige Klassifikator noch nicht als diagnostischer Test angesehen werden, doch schuf er einen wichtigen Referenzrahmen für künftige klinische Instrumente. Das CartoHostBug (Funktionale Kartierung der Wechselwirkungen zwischen Darm und Mikrobiom des Wirts) Projekt hat es sich zum Ziel gesetzt, die Wechselwirkungen zwischen Wirt und Mikrobiom auf zellulärer und molekularer Ebene zu kartieren – ein Ansatz, der sich als unverzichtbar für die Identifizierung zuverlässiger Krankheitsbiomarker erweist. Weitere Informationen: CartoHostBug-Projekt
