В любой момент времени более 10 триллионов микробов называют наш кишечник своим домом. От расщепления питательных веществ в нашей пище до укрепления нашего иммунитета против патогенов, эти микробы играют важную роль в том, как мы взаимодействуем с миром. Это включает — как показано в новом исследовании исследователей EMBL и сотрудников в Университете Сплита, Хорватия — то, как организм реагирует на канцерогены и развивает рак. Исследование опубликовано в журнале Nature .

Канцерогены — это химические вещества, которые могут заставить обычные клетки трансформироваться в раковые клетки , вызывая опухоли и рак. Их можно найти в ряде мест, табачный дым — один из самых известных источников.

Ранее исследователи обнаружили, что если мыши подвергаются воздействию нитрозамина BBN, одного из химических веществ, содержащихся в табачном дыме, у них гарантированно развивается агрессивная форма рака мочевого пузыря. Поэтому это используется в качестве общей лабораторной модели рака, вызванного канцерогенами.

Лаборатория Яноша Терзича в Университете Сплита, Хорватия, изучала эту модель, когда они сделали любопытное наблюдение. Если мышам давали антибиотики в дозе, которая убивает 99,9% их кишечных бактерий , в то же время, когда они подвергались воздействию BBN, вероятность образования у них опухолей была намного ниже.

«В то время как у 90% мышей, подвергшихся воздействию BBN, развились опухоли мочевого пузыря, то же самое произошло только у 10% тех, кто также получал антибиотики. Это привело нас к гипотезе о том, что кишечные бактерии могут участвовать в регуляции способа переработки BBN в организме», — сказала Бланка Роже, соавтор исследования и аспирант Лаборатории исследований рака Медицинской школы Университета Сплита в Хорватии.

«Я никогда не забуду, как увидел полосы BBN и BCPN на пластинах тонкослойной хроматографии после ночной инкубации бактерий и BBN».

«Снижение заболеваемости опухолями было настолько резким, что поначалу я усомнился в результатах, думая, что мы где-то допустили ошибку в ходе эксперимента. Поэтому мы повторили эксперимент пять раз, прежде чем окончательно стали «верующими»», — сказал Терзич.

«Было здорово осознавать, что с помощью лечения — в данном случае антибиотиков — нам удалось остановить развитие рака».

Во время посещения конференции в EMBL Heidelberg Терзич встретился с Михаэлем Циммерманном, руководителем группы в EMBL Heidelberg. Группа Циммермана специализируется на использовании высокопроизводительных методов для изучения функций микробиома кишечника , уделяя основное внимание процессу, называемому биотрансформацией. Биотрансформация — это способность микроорганизмов изменять или расщеплять химические вещества в своей среде.

Первая встреча дала начало плодотворному сотрудничеству. Две группы решили объединить свои знания, чтобы понять, влияют ли и каким образом кишечные бактерии на реакцию мышей на канцероген.

Используя различные методы микробиологии и молекулярной биологии, исследователи обнаружили, что бактерии, живущие в кишечнике мышей, могут преобразовывать BBN в BCPN. Как и BBN, BCPN принадлежит к классу соединений, называемых нитрозамины.

Однако команда обнаружила, что, в отличие от BBN, BCPN концентрируется в мочевом пузыре и вызывает образование опухолей в зависимости от микробиома.

Затем исследователи изучили более 500 изолированных и культивированных бактерий, чтобы определить конкретные виды бактерий, участвующих в преобразовании BBN в BCPN. «Мы обнаружили 12 видов, которые могут осуществлять эту биотрансформацию канцерогена», — сказал Бояо Чжан, соавтор исследования и бывший аспирант группы Циммермана.

«Мы секвенировали их и с удивлением обнаружили, что многие из этих видов были связаны с кожей и были обнаружены в относительно низкой концентрации в кишечнике. Мы предположили, что может иметь место некоторый временный перенос таких бактерий с кожи в кишечник в результате ухода за собой у животных. Но было важно выяснить, будут ли эти результаты справедливы и для людей».

После этих первоначальных исследований на мышах ученые использовали образцы человеческих фекалий, чтобы показать, что кишечные бактерии человека также могут преобразовывать BBN в BCPN. В качестве доказательства концепции они показали, что если человеческий стул пересадить в кишечник мыши, у которой не было собственного кишечного микробиома, они также могли бы преобразовать BBN в BCPN.

Однако исследователи также наблюдали большие индивидуальные различия в способности микробиома кишечника человека метаболизировать BBN, а также в видах бактерий, участвующих в биотрансформации.

«Мы считаем, что это закладывает основу для дальнейших исследований, направленных на то, чтобы выяснить, представляет ли микробиом кишечника человека предрасположенность к химически индуцированному канцерогенезу, и, следовательно, может ли он использоваться для прогнозирования индивидуального риска и потенциальной профилактики развития рака», — сказал Циммерманн.

«Эта разница в микробиоте у разных людей может объяснить, почему у некоторых людей, несмотря на воздействие потенциальных канцерогенов, рак не развивается, а у других — развивается», — добавил Терзич.

Означают ли эти результаты, что антибиотики могут универсально предотвращать рак? Нет, конечно, нет, говорит Циммерманн.

«Это требует дополнительных исследований, включая те, что мы проводим в настоящее время, чтобы понять, как микробиом влияет на метаболизм различных типов канцерогенов. Также важно помнить, что рак — это многофакторное заболевание, редко бывает одна причина».