「科研圈」人体内微生物的DNA，还可以用来筛查癌症
通过检测血液中微生物 DNA ， 即使是在不易筛查的癌症早期也能是发现否患有癌症、患有哪一种癌症 。
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图片来源：Pixabay
来源 UNIVERSITY OF CALIFORNIA - SAN DIEGO
翻译 甄婷
编辑 魏潇
加利福尼亚大学圣地亚哥分校的博士生 Gregory Poore 在刚上大学一年级的时候 ， 原本健康的祖母突然被诊断出患有晚期胰腺癌 ， 一个月后就去世了 。
这令 Poore 和家人非常震惊 ， “她身上几乎没有任何预兆或症状 ， ” Poore 说道 ， “没有人能回答为什么她的癌症没能在更早一些时候被发现 ， 也没人能向我们解释为什么所有使用过的检测手段都无效 。 ”
在后来的大学教育中 ， Poore 认识到癌症普遍被视为一种人类基因组疾病——基因突变使得细胞能够避开程序性死亡 ， 不断增殖最终发展为肿瘤 。
不过 ， 2017 年发表在《科学》（Science）上的一项研究带给了 Poore 新的思路 。 该研究讨论了微生物如何侵入大多数的胰腺肿瘤 ， 并且能够降解用于治疗的主要化疗药物 。 这项研究极大地引起了他的兴趣 ， 或许细菌和病毒在癌症中的作用比我们以为的还要重要 。
目前 ， Poore 正在加利福尼亚大学圣地亚哥分校医学院攻读医学博士学位 ， 加入了微生物组创新研究中心（Center for Microbiome Innovation）主任、Rob Knight 教授的实验室 ， 进行博士论文课题研究 。
Poore 和 Knight 与一支跨学科团队共同开发了一种检测癌症的新方法：通过分析血液中存在的微生物（细菌和病毒）的 DNA 模式来识别被测对象是否患有癌症 ， 并且能进一步判断出他们患有哪种癌症 。
这项新方法已经在3 月 11 日登上了《自然》——人们诊断和鉴别癌症的方式可能就此改变 。
Knight 表示：“以往几乎所有的癌症研究都假设肿瘤处于无菌环境 ， 而忽略了人体内肿瘤细胞与细菌、病毒和其他微生物之间复杂的相互作用 。 ”
“我们体内的微生物基因总量要远远超过人类基因的数量 ， 因此微生物基因能够为我们的健康状况提供重要线索也不足为奇了 。
靠微生物识别癌症
这篇论文的作者们首先进行的 ， 是查阅来自肿瘤基因组图谱（The Cancer Genome Atlas）的全部微生物数据 。 这一图谱是美国国家癌症研究所（National Cancer Institute）创建的一个共享数据库 ， 其中包含从数千名癌症患者的肿瘤细胞中提取的基因组信息和其他信息 。 Knight 和他的同事们表示 ， 在人类测序数据中鉴定微生物 DNA ， 他们的工作量可能是有史以来最大的一次 。
他们分析的 18116 份肿瘤样本 ， 来自 10481 例患有 33 种不同类型癌症的患者 。 研究者们在其中发现了与特定癌症类型相关的典型微生物特征或模式 。 有一些是已知的 ， 例如人乳头瘤病毒（HPV）与宫颈癌、头颈癌之间的关联 ， 以及梭杆菌属（Fusobacterium）与消化道癌之间的关联 。 更重要的是 ， 研究者们还明确了一些以前未知的微生物特征或模式 ， 这能有效地将不同类型的癌症区分开来 。 例如 ， 粪杆菌属（Faecalibacterium）的存在能够将结肠癌与其他癌症区分开 。
研究人员在掌握了数千个癌症样本的微生物组特征后 ， 他们设计并测试了数百种机器学习算法模型（machine learning models） ， 将特定微生物模式与特定的癌症类型相互匹配 。 利用这样的机器学习模型 ， 人们就能根据患者血液中的微生物数据分析结果 ， 识别患者的癌症类型 。
随后 ， 研究人员从数据集中删除了癌症晚期（III和IV期）患者的数据 ， 发现即使是在癌症早期 ， 也依然能够通过分析血液微生物数据分辨不同的癌症类型 。 即使该团队对样品进行了最严格的生物信息学数据净化——消除了90％以上的数据——这一结论依然成立 。
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