Компьютерный алгоритм нашёл среди плавающей в крови микробной ДНК ту, которую можно использовать для диагностики рака.

Бактерий пытаются использовать при лечении злокачественных опухолей: во-первых, бактерии стимулируют иммунитет, которых уничтожает раковые клетки, во-вторых, сами бактерии содержат белки, токсичные для опухоли, в-третьих, бактерий можно нагрузить лекарственными противоопухолевыми веществами, чтобы они доставили их в очаг болезни; наконец, есть данные, что кишечная микрофлора повышает эффективность химиотерапии.

Клетки рака толстого кишечника. (Фото: NICHD / Flickr.com) 

С другой стороны, бактерии могут играть в пользу рака: например, они помогают метастазирующим клеткам укорениться на новом месте. Бактериальную ДНК обнаруживали во многих опухолях в разных органах (то есть не только в кишечнике); впрочем, и в здоровых тканях бактериальную ДНК находили тоже. И вот исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего решили выяснить, можно ли определить злокачественную опухоль по наличию у пациента специфических микробных нуклеиновых кислот – ДНК и РНК.

Для этого проанализировали геномные данные более чем из 17 тыс. образцов, которые включали в себя 33 типа злокачественных опухолей. Это были  не только образцы опухолей, первичных или появившихся в результате метастазирования, но также образцы здоровых тканей и образцы крови. Последовательности ДНК и РНК, которые в них удалось прочитать, обрабатывали с помощью искусственного интеллекта, чьей задачей было вычленить среди геномных данных то, что относится к микробам, и отсечь всё, что похоже на возможное загрязнение.

В результате действительно удалось обнаружить нечеловеческие последовательности ДНК и РНК, которые относились к бактериям, археям или же вирусам, и в 12,6% случаях удалось точно определить, что генетическая последовательность принадлежит именно бактерии или же вирусу.

Полученные данные совпадали с более ранними исследованиями, например, бактерии Fusobacterium сопутствуют желудочно-кишечным опухолям, а следы вирусов Alphapapillomavirus и Hepacivirus можно найти в опухолях шейки матки, головы и шеи. Дальше тот же алгоритм попытались научить отличать опухоли от здоровых тканей, типы опухолей между собой и стадии одной и той же опухоли на основании микробных признаков – первые две задачи алгоритм решал хорошо, последнюю, про стадии опухолей, менее успешно.

И, наконец, с помощью программы попытались отличить среди 169 людей здоровых от больных с опухолями лёгких, опухолями предстательной железы и меланомой. Отличать нужно было по микробной ДНК в крови; эффективность метода оценивали в сравнении с другим методом, в котором рак тоже определяют по анализу  крови, но только по содержанию в ней ДНК раковых клеток.

В целом, как говорится в Nature, определение злокачественной опухоли по микробной ДНК в крови оказалось вполне эффективным, хотя если мы собираемся использовать такой метод в клинике, его нужно отточить на большем числе клинических случаев и на большем числе разных опухолей.

Правда, как пишет портал Nature, к этой работе всё равно остаются некоторые вопросы, в том числе и связанные с чистотой образцов. Те образцы, которые использовали для обучения машинного алгоритма, брали у пациентов таким способом, что в них вполне могла попасть микробная ДНК или РНК откуда-то извне. И хотя авторы статьи использовали методы анализа, позволяющие отсечь загрязнения, конечный результат, возможно, даёт не вполне адекватную картину микробных следов в опухолях. То есть в перспективе хорошо бы переделать тоже самое, но только уже используя методики, позволяющие защититься от загрязнений и позволяющие аккуратно прочесть именно микробную ДНК в человеческом материале.

Другой вопрос здесь более фундаментальный – откуда, собственно, берётся в опухолях микробная ДНК? От самих ли микробов, обитающих прямо в опухолевых клетках или в пространстве между ними, или же это микробная ДНК от бактерий и вирусов, которые погибли где-то в другом месте? Если в опухолях действительно есть живые микробы, то стоило бы выяснить, в каких они друг с другом отношениях, и можно ли, целенаправленно действуя на микробов, как-то ослабить опухоль.

UPD: Статья в Nature о диагностике разных видов рака по микробной ДНК была отозвана 26 июня 2024 года в связи с крупными ошибками в анализе данных. В частности, выяснилось, что большое количество ДНК-последовательностей человека были описаны как ДНК-последовательности бактерий; другие ошибки заключались в ложных ассоциациях между некоторыми опухолями и некоторыми бактериями; наконец, в работе говорилось о бактериях, которые вряд ли вообще могли оказаться в человеческом организме (например, раку мочевого пузыря приписали бактерии, обитающих на морских растениях). То, что в опухолях в приницпе живут бактерии, сомнению не подлежит, но специфичность взаимосвязей между разными опухолями и бактериями ещё предстоит изучить, и говорить о каких-либо диагностических инструментах здесь пока рано.