Микробиологи сравнили набор внутриопухолевых бактерий в тысяче образцов ткани, относившихся к семи разным видам опухоли. В каждом из них оказался свой микробиом, причем чаще всего бактерии встречались внутри самих опухолевых клеток. Состав бактерий оказался разным не только в зависимости от органа, в котором выросла опухоль, но также от свойств самого новообразования — например, того, зависит ли оно от гормонов и реагирует ли на иммунотерапию. Возможно, однажды этими знаниями можно будет воспользоваться, чтобы воздействовать на опухоль через ее бактерий — подобно тому, как сейчас врачи пытаются лечить пациентов через посредство их кишечных микробов. Работа опубликована в журнале Science.
Вопреки ранним представлениям, в теле человека практически не существует стерильных частей. Через кожу, кровь, стенку кишечника и другие слизистые бактерии добираются до самых разных частей организма. И не всегда они там к месту: микроорганизмам нередко приписывают роль в развитии опухолей. Причем действовать они могут как опосредованно (например, когда кишечные микробы влияют на канцерогенез в других частях тела), так и напрямую (например, микробиом опухоли молочной железы).
Чтобы разобраться в том, как бактерии связаны с канцерогенезом и чем они могут помочь врачам в борьбе с опухолью, группа исследователей под руководством Равида Страуссмана (Ravid Straussman) из Вейсмановского научного института в Израиле решила составить коллективный портрет внутриопухолевых бактерий из разных человеческих органов. Ученые собрали 1010 образцов ткани из опухолей молочной железы, легкого, яичника, кости и поджелудочной железы, а также меланомы и глиобластомы (новообразование из вспомогательных клеток нервной ткани в мозге).
Исследователи сразу заметили, что внутриопухолевых бактерий может быть довольно немного, поэтому они разработали сложную систему контролей, чтобы не оказалось, что их измерения — результат загрязнения образца. Помимо экспериментальных образцов, они взяли 516 проб здоровой ткани, в том числе прилежащей к опухоли, 643 отрицательных контроля — стерильный раствор, который прошел через все лабораторные процедуры, а еще 168 контролей из клиник — кусочков парафина, с которыми в клиниках обращались так же, как если бы это была настоящая ткань. Наконец, следы бактерий в образцах тоже определяли сразу несколькими способами: подсчитывали концентрацию бактериальной ДНК, РНК, а также липополисахарида и липотейхоевой кислоты — компонентов клеточной стенки, которых не бывает в организме животных.
На первом этапе работы оказалось, что бактерии встречаются в опухолях неравномерно — например, всего в 14,3 процентах меланом, но более чем в 60 процентах опухолей молочной и поджелудочной желез и даже кости, которая никак не контактирует со слизистыми оболочками. При ближайшем рассмотрении оказалось, что бактерии чаще всего встречаются внутри клеток, как раковых, так и иммунных. Липополисахарид чаще находили в цитоплазме опухолевых клеток, а липотейхоевую кислоту — в макрофагах. Во втором факте, впрочем, нет ничего удивительного — макрофаги работают мусорщиками в любой воспаленной ткани, поэтому то и дело поглощают бактерий, а те иногда оказываются стойкими и остаются жить у них внутри.
Затем авторы работы отсеквенировали рибосомальную РНК бактерий, чтобы оценить разнообразие видов. На первом этапе во всех образцах они обнаружили суммарно 9190 бактерий, но после применения фильтров, которые отсеяли следы заражения в лаборатории и клинике, а также исключения широко распространенных видов осталось всего 528 видов бактерий, которые встречались только в определенной опухоли или прилежащей к ней ткани. Среди них наиболее разнообразным оказался микробиом рака груди, там суммарно обнаружили полторы сотни разных родов бактерий, а в каждом образце — в среднем 16,4 вида. На втором месте — опухоль легкого (если считать по общему количеству родов) и кости (если мерять по среднему числу разных видов в образце), на последнем месте — меланома. При этом в случае рекордсмена — опухоли груди — патологические образцы оказались носителями более разнообразного микробиома, чем фрагменты здоровой ткани.
Количество бактериальных фрагментов в 40 нанограммах ДНК из опухоли. Цифры наверху обозначают количество образцов опухоли, в которых эта ДНК обнаружена.
Присутствие бактерий в опухолях. Слева направо: окраска гематоксилином-эозином (общий вид опухоли), окрашивание на липополисахарид и бактериальную РНК. Сверху вниз: опухоль молочной железы, опухоль легкого, меланома, глиобластома.
Затем исследователи задались вопросом: действительно ли в опухолях находятся живые бактерии, а не их останки? Чтобы это выяснить, они собрали пять свежих образцов рака молочной железы и высеяли их на разные питательные среды. Из них только в одном случае выросло всего 37 бактериальных колоний, а во всех остальных — более тысячи. Оказалось, что они принадлежат к 37 разным видам, 11 из которых уже встречались в результатах секвенирования, остальные же определить не удалось, либо они не прошли строгую систему фильтров и могли быть следствием загрязнения. В целом внутри опухолей удалось обнаружить представителей трех основных типов бактерий — Proteobacteria, Firmicutes и Actinobacteria.
Сравнив набор обитателей разных опухолей, авторы работы заметили, что у каждой есть свои особенности: разные образцы опухолей одного типа были больше похожи, чем образцы опухолей разных типов. Например, в раке поджелудочной железы чаще встречались протеобактерии (вероятно, заплывшие туда из двенадцатиперстной кишки), а в некишечных опухолях чаще обнаруживали актинобактерий. Да и соотношение представителей Proteobacteria и Firmicutes получилось разным в зависимости от опухоли: в глиобластоме, например, гораздо выше, чем в меланоме. Отличия нашлись даже в разных типах опухоли молочной железы — набор бактерий оказался разным в зависимости от того, была эта опухоль гормон-зависимая или гормон-независимая. В целом микробиом опухолевой ткани получился более разнообразным, чем микробиом прилежащих тканей, хотя в целом набор бактерий в большинстве случаев был похож.
Наконец, исследователи предположили, что по набору бактерий можно предсказать особенности как опухоли, так и ее хозяина. Так, они выяснили, что внутриопухолевый микробиом различается у курильщиков с раком легких и пациентов, которые не курят: у первых гораздо больше бактерий, способных разлагать акрилонитрил, аминобензоаты и другие вещества из табачного дыма. А микробиом меланомы у пациентов различался по 46 позициям в зависимости от того, реагировали они на иммунотерапию или нет.
Таким образом, от исследований микробиома человека в целом ученые перешли к изучению микробиома отдельных опухолей. Их работа не позволяет установить причинно-следственную связь: сами ли бактерии провоцируют развитие опухолей или же приходят после, когда в ней возникает благоприятная среда. Также неизвестно, в каком направлении происходит миграция: бактерии из окружающей ткани колонизируют опухоль или наоборот. Тем не менее, теперь очевидно, что набор микробов тесно связан со свойствами опухоли. И это позволило авторам работы предположить, что однажды мы научимся манипулировать внутриопухолевым микробиомом так же, как и кишечным: подкармливать «полезные» виды бактерий, убивать «лишние» антибиотиками или пересаживать все сообщество целиком, чтобы заставить опухоль поддаться тем или иным методам терапии.
Мы уже рассказывали о том, какие бактерии живут в других органах человека — в частности, в крови, глазах и ушах. А о том, как встретиться лицом к лицу с обитателями своего собственного организма, читайте в нашем материале-инструкции «Знакомство с жильцами».
Иллюстрация к статье:
Обсуждение