Ördögi kör a baktériumok és a kolonkarcinóma között

A Scripps Research Institute, a Johns Hopkins University és a Karolinska Institute kémikus, molekuláris és komputációs biológus, onkológus, immunológus és molekuláris mikrobiológus kutatóinak együttműködésével végrehajtott vizsgálatsorozat eredményei megvilágítják, hogyan segítik a baktériumok egyes vastagbélrákok kialakulását. Az új metabolomikus technológiák segítségével feltárt molekuláris bizonyítékok szerint a vastagbélben egy ördögi kör alakul ki, amelyben a vastagbélsejtekben létrejövő rákos elváltozások elősegítik a baktériumok által létrehozott biofilm növekedését, a biofilm pedig elősegíti a rák további fejlődését.

A kutatásról beszámoló tanulmány – Caroline H. Johnson és munkatársai: Metabolism Links Bacterial Biofilms and Colon Carcinogenesis – szerint a bakteriális biofilm eltávolítása a kolonkarcinóma megelőzésének és kezelésének kulcsfontosságú tényezője lehet.

A Johns Hopkins University kutatói korábban már megállapították, hogy a felszálló vastagbélben található karcinómák és környezetük szövetei majdnem mindig biofilmet képező baktériumközösségeknek adnak otthont, a jelenlegi vizsgálat során pedig az volt a cél, hogy kiderüljön, miért és hogyan alakul ki ez a biofilm, illetve hogy van-e metabolikus kapcsolat a biofilm és a vastagbélrák között.

Az emberben normális körülmények között több mint 10.000 metabolit (anyagcsere-termék) azonosítható, a jelen vizsgálatban a kutatók különböző módszerekkel (folyadékkromatográfia, tömegspektrometria és metabolomikus felhő alapú platform használata - több ezer metabolit szintjét mérték meg vastagbélrákban szenvedő betegek szövetmintáiban.

Az eredmények szerint a tumoros mintákban emelkedett volt a poliaminok – különösen az N1, N12-diacetilspermin – szintje: a molekula átlagosan kilencszer nagyobb koncentrációban volt jelen a tumorszövetben, mint a közeli nem tumoros mintákban.

A további vizsgálatok feltárták, hogy abban az esetben, ha a tumor körül biofilm képződött, a tumoros szövetben négyszer több N1, N12-diacetilspermin volt kimutatható, mint a biofilm nélküli tumorszövetekben. Mint a kutatók megjegyzik, mindez arra utal, hogy a rákos sejtek és a biofilm elősegítik egymás növekedését.

A kutatók ezt követően izotóptartalmú N1, N12-diacetilspermin és globális izotóp-metabolomikai módszerek alkalmazásával feltárták az N1, N12-diacetilspermin metabolikus útvonalát a sejteken belül, és ennek során kiderült, hogy a molekula maga már nem alakul tovább, azaz egy metabolikus végtermék.

Korábbi kutatások révén ismert, hogy a poliaminok elősegítik a sejtnövekedést, és nagyobb koncentrációjuk nemcsak tumorokban, de gyorsan osztódó egészséges szövetekben is megfigyelhető, az N1, N12-diacetilspermin nagyobb koncentrációja kolonkarcinómákban pedig arra utal, hogy a molekula biomarkerként is használható lehet, kimutatása segíthet a korai rákdiagnosztikában.

Ősi molekulák

Mi az oka annak, hogy a bakteriális biofilm jelenléte magasabb N1, N12-diacetilspermin-szinttel jár együtt a tumorszövetben? – tették fel a kérdést a kutatók. Mint kiderült, a baktériumok sejtosztódását és biofilmképzését szintén elősegítik a poliaminok: ezeknek a molekuláknak olyan ősi a szerepe, hogy a baktériumok azokat a poliaminokat is fel tudják használni ebből a célból, amelyeket a gazdaszervezetük állított elő. Végeredményben tehát a biofilm a vastagbélben krónikus gyulladást és azzal együtt járó sejtosztódást vált ki, és ezáltal elősegíti a vastagbélrák kialakulását. Az osztódó vastagbélráksejtek nagy mennyiségű poliamint termelnek, ami elősegíti a biofilm-képződést, ezáltal kialakul az ördögi kör, azaz egyre több N1, N12-diacetilspermin keletkezik.

A továbbiakban a kutatók megpróbálják kideríteni, milyen molekuláris mechanizmusok révén járulnak hozzá a poliaminok a tumornövekedéshez és a biofilm-képződéshez, és arra is választ szeretnének kapni, mi az oka, hogy gyakran található biofilm a felszálló vastagbélben lévő tumorok körül, míg jóval kisebb arányban figyelhető meg a baktériumok biofilmképzése a vastagbél többi részében kifejlődött karcinómákban.

Érdekes kutatási irány a jövőben az is, hangsúlyozzák a tudósok, hogy hogyan alakul a biofilm-képződés olyan humán populációk vastagbelében, akik körében alacsony a kolonkarcinóma előfordulási gyakorisága, illetve akik nem a nyugati típusú étrendet fogyasztják, mivel annyit már tudunk, hogy a diéta befolyásolja a poliaminok szintjét.

Mint a kutatók elmondják, terápiás opció lehet a vastagbélben lévő biofilm eltávolítása, ezáltal a rákkockázat csökkentése antibiotikumok segítségével, mivel a vizsgálatsorozat eredménye szerint azoknak a kolonkarcinómás pácienseknek a vastagbelében nem lehetett kimutatni biofilmet, akik a műtét, illetve a mintavétel előtti 24 órában orális antibiotikus kezelésben részesültek, továbbá szignifikánsan kevesebb volt az N1, N12-diacetilspermin mennyisége is a szövetmintáikban, azokhoz képest, akik nem részesültek antibiotikus kezelésben.