Анализ микробиоты кишечника выявляет 90% случаев колоректального рака

Анализ микробиоты кишечника на уровне подвидов с помощью машинного обучения позволяет обнаруживать колоректальный рак с точностью, близкой к колоноскопии, используя только образцы стула. Credit: Shutterstock

Колоректальный рак — вторая по частоте причина смерти от онкологических заболеваний в мире. Ранняя диагностика позволяет эффективно лечить болезнь, но высокая стоимость и дискомфорт колоноскопии — основного метода диагностики — часто приводят к запоздалому выявлению. Учёные из Женевского университета (UNIGE) с помощью алгоритмов машинного обучения впервые идентифицировали все бактерии кишечника человека на таком уровне детализации, который позволяет понять физиологическую важность различных микробных подгрупп.

Этот каталог затем использовали для обнаружения колоректального рака по бактериям в простых образцах стула — неинвазивном и дешёвом инструменте скрининга. Потенциальные применения метода обширны: от диагностики других видов рака до лучшего понимания связи между микробиотой кишечника и здоровьем. Результаты опубликованы в журнале Cell Host & Microbe.

«Вместо анализа различных видов, составляющих микробиоту (что не улавливает все значимые различия), или штаммов бактерий (которые сильно варьируются у разных людей), мы сосредоточились на промежуточном уровне — подвидах», — объясняет Мирко Трайковски, профессор кафедры клеточной физиологии и метаболизма и Диабетического центра медицинского факультета UNIGE, руководивший исследованием.

Первый шаг — анализ огромных массивов данных. «Как биоинформатик, я столкнулся с задачей разработки инновационного подхода для массового анализа данных», — вспоминает Матия Тричкович, аспирант лаборатории Мирко Трайковски и первый автор исследования. — «Нам удалось создать первый исчерпывающий каталог подвидов микробиоты кишечника человека вместе с точным и эффективным методом его использования как в исследованиях, так и в клинике».

Объединив этот каталог с существующими клиническими данными, учёные разработали модель, которая может предсказать наличие колоректального рака solely на основе бактерий в образцах стула. «Хотя мы были уверены в своей стратегии, результаты оказались впечатляющими, — восторгается Матия Тричкович. — Наш метод выявил 90% случаев рака, что очень близко к 94% обнаружения при колоноскопии и лучше всех существующих неинвазивных методов».

Интеграция дополнительных клинических данных может сделать модель ещё точнее и сравнять её эффективность с колоноскопией. Она может стать рутинным инструментом скрининга и облегчить раннее выявление колоректального рака, которое затем будет подтверждаться колоноскопией, но только у selected группы пациентов.

В сотрудничестве с Университетскими клиниками Женевы (HUG) готовится первый клинический trial для более точного определения стадий рака и detectable поражений. Однако применение метода выходит за рамки колоректального рака. Изучая различия между подвидами одного вида бактерий, исследователи теперь могут идентифицировать механизмы действия, с помощью которых микробиота кишечника влияет на здоровье человека.

«Вскоре тот же метод можно будет использовать для разработки неинвазивных диагностических инструментов для широкого спектра заболеваний, все на основе единого анализа микробиоты», — заключает Мирко Трайковски.