Исследователи из Великобритании выявили генетические последовательности 18 ранее не описанных видов бактерий, проанализировав данные пациентов с раком предстательной железы. Они обратились к фрагментам ДНК, которые, как правило, отбрасывают при изучении человеческого генома. Основная часть обнаруженных микроорганизмов ассоциирована с ротовой полостью, но их влияние на развитие онкологического заболевания пока не определено. О том, что удалось извлечь из генетического «шума» и как это поможет в исследовании болезни, — в материале «Известий».

Что выявили в данных пациентов с раком простаты

Исследователи использовали материалы международного консорциума Pan Prostate Cancer Group (PPCG). Эта организация накопила молекулярные данные о более чем 2 тыс. опухолей предстательной железы, полученные специалистами из девяти государств. Ресурс был создан для анализа биологических различий между новообразованиями и причин, по которым болезнь у разных пациентов развивается по-разному.

В новой работе команда проверила 2176 наборов данных секвенирования. Исследование охватывало генетический материал из слюны, опухолевой ткани и крови пациентов. Из этих данных удалось восстановить 249 почти полных бактериальных геномов, относящихся к образцам 194 человек.

Для 24 восстановленных геномов не нашлось соответствия среди зарегистрированных видов. В результате исследователи выделили 18 ранее неизвестных видов бактерий. Эти числа описывают разные результаты: несколько геномов могут относиться к одному виду.

Для 16 новых организмов предложили предварительные названия. Среди них — Candidatus Porphyromonas leptis, Candidatus Treponema oralis и Candidatus Nanosyncoccus prostatocharitus. Пока речь идет прежде всего о восстановленных генетических последовательностях: выделение самих бактериальных штаммов из образцов пациентов остается одной из следующих задач.

Каким образом бактерии были обнаружены в генетическом «шуме»

Во время секвенирования специалисты устанавливают последовательность ДНК в образце. Когда целью является поиск мутаций в геноме человека, обычно анализируют фрагменты, сопоставимые с человеческой ДНК. Небольшую часть последовательностей, которые не соответствуют ей, как правило, отбрасывают.

Однако именно в этих данных могут содержаться следы микроорганизмов. Группа из Университета Восточной Англии сохранила такие фрагменты и использовала метагеномную сборку — технику, позволяющую восстанавливать микробные геномы из множества коротких участков ДНК.

«Данные уже были получены, оплачены и проанализированы для совершенно другой цели, а бактериальные последовательности находились в той части, которую все отбрасывают», — объяснил первый автор исследования, сотрудник Норвичской медицинской школы Абрахам Гихави.

Такой подход дал возможность получить новые знания без дополнительного взятия образцов и повторного секвенирования. Кроме того, полезными могут стать и другие архивы онкологических исследований: в уже собранных материалах способна сохраняться информация о микробах, которую не учитывали при первоначальном анализе.

Почему интерес вызвали бактерии ротовой полости

Чаще всего ученым удавалось реконструировать геномы представителей рода Porphyromonas. К этому роду относится, в частности, Porphyromonas gingivalis — микроорганизм, ассоциированный с болезнями тканей, окружающих зубы. Среди новых видов были также обнаружены представители рода Treponema.

Большинство выявленных организмов связано с ротовой полостью. Такое распределение имеет и методическое объяснение: в полости рта бактерий намного больше, чем в тканях предстательной железы, поэтому их ДНК проще собрать в геномы. На это отдельно указал старший автор исследования, профессор Дэниел Брюэр.

Таким образом, преобладание бактерий полости рта в полученном наборе само по себе не подтверждает их перемещение в простату или участие в развитии опухоли. Кроме того, анализ включал образцы слюны: обнаружение бактериальной ДНК в общей коллекции нельзя автоматически трактовать как наличие того же микроорганизма внутри опухоли.

Интерес к этим микробам возник еще до проведения новой работы. В исследовании, о котором команда сообщила в 2022 году, присутствие определенной группы анаэробных бактерий — способных жить без кислорода — коррелировало с более чем двукратным увеличением вероятности прогрессирования рака простаты. Некоторые из этих микроорганизмов обычно населяют ротовую полость.

Это наблюдение стало основой для дальнейшего изучения взаимосвязи бактерий с течением заболевания. Однако оно не доказывает, что микробы вызывают прогрессирование, и не дает возможности приписывать такой эффект каждому из 18 новых видов.

Для чего исследователям нужны геномы отдельных видов

Одна из сложностей изучения микробов при онкологических заболеваниях заключается в том, что многие из них до сих пор не удавалось культивировать в лабораторных условиях. Без эталонного генома трудно создать тест, способный распознавать конкретный вид, и затем проверить, насколько часто он встречается у пациентов и с какими особенностями болезни связан.

Группировка бактерий на уровне рода может маскировать различия между отдельными видами. Новые последовательности дают возможность проводить более точные исследования: искать конкретный микроорганизм, анализировать его гены и сопоставлять его присутствие с течением заболевания.

«Теперь, когда у нас есть геномы этих бактерий, мы можем разрабатывать тесты для их обнаружения в клинических образцах, выяснять, как их выращивать, и начинать изучать их гены и возможную связь с раком», — отметил Гихави.

Помимо восстановления геномов, авторы предсказали условия, необходимые для выращивания обнаруженных бактерий, и разработали валидированный ДНК-тест для детекции одного из видов. Его предназначение — выявлять определенный микроорганизм. Возможность использования таких находок для диагностики самого рака или оценки его агрессивности еще предстоит изучить.

Какое значение открытие может иметь для пациентов

Практическая значимость изучения бактерий связана с возможностью влиять на них. Если последующие исследования продемонстрируют, что определенный микроорганизм способствует агрессивному течению рака простаты, он может стать мишенью для поиска новых методов профилактики или терапии. Пока это направление относится к будущим задачам.

«Мы не утверждаем, что эти бактерии вызывают рак простаты. Мы нашли их, дали им названия и создали инструменты для их изучения — этот шаг необходим, прежде чем можно будет надлежащим образом ответить на вопрос о причинной связи», — подчеркнул профессор генетики рака Колин Купер.

Следующим шагом должно стать выделение бактериальных штаммов из образцов пациентов. Работа с самими микроорганизмами позволит проверить предположения, возникшие на основе анализа их ДНК, и более детально изучить возможную связь с агрессивными формами заболевания.

Новый результат предоставляет для этого отправную точку: исследователи получили генетические описания ранее неизвестных бактерий и инструменты, позволяющие изучать их по отдельности. Теперь предстоит определить, какие из них просто присутствуют в образцах, какие могут служить индикаторами особенностей течения болезни и есть ли среди них участники процессов, влияющих на опухоль.