Tumore al colon retto: individuati 7 batteri utili per la diagnosi precoce

11 maggio 2018

 Li Ka Shing Institute of Health Sciences, Shatin
 The Chinese University of Hong Kong, Pok Fu Lam
(studio originale)

Sono sette i possibili biomarcatori batterici da monitorare per una diagnosi precoce e non invasiva di tumore al colon-retto in quanto maggiormente espressi in pazienti rispetto che a soggetti sani.

È quanto emerge dallo studio di meta-analisi condotto da Zhenwei Dal e colleghi, pubblicato recentemente su Microbiome.

Per meta-analisi si intende l’incrocio dei risultati di un ampio campione di studi comparabili tra loro al fine di produrne un dato complessivo, più significativo statisticamente e quindi più affidabile.

È ormai stato dimostrato in molteplici occasioni come la componente batterica di pazienti con tumore al colon retto (CRC) sia diversa rispetto ai controlli sani in particolar modo se considerate alcune specie quali ad esempio Fusobacterium nucleatum o Bacteroidetes fragilis, entrambi associati all’insorgenza di tumore.

Singoli studi tuttavia, un po’ per il ridotto numero di soggetti o modelli inclusi, un po’ per l’estrema variabilità che fisiologicamente caratterizza il nostro microbioma intestinale, hanno prodotto talvolta risultati contrastanti o poco incisivi.

Con lo scopo di fornire una visione quanto più comprensiva e realista possibile, i ricercatori di Hong Kong hanno messo insieme e confrontato dati metagenomici di 526 soggetti (255 con tumore del colon retto e 271 controlli) provenienti da quattro diverse coorti rispettivamente localizzate negli USA (US), Austria (AT), Cina (HK) e Germania-Francia (FD) per un periodo compreso tra il 2014 e 2016. Inoltre, per confrontare la potenza statistica e quindi l’affidabilità della meta-analisi vs quella delle singole coorti, all’interno dello studio è stata condotta una “simulazione di analisi” la quale ha riportato valori rispettivamente di 0.88 e 0.5.

Biomarker batterici tipici nel tumore del colon retto

Alterazioni significative di composizione batterica sono state evidenziate dall’analisi Bray-Curtis e PERMANOVA nei pazienti con tumore al colon retto rispetto ai controlli mentre l’indice di biodiversità di Shannon non ha riscontrato particolari differenze tra i due gruppi, fatta eccezione che nella coorte cinese.

In particolare, 7 specie sono risultate arricchite nei soggetti CRC (Bacteroidetes fragilis, Fusobacterium nucleatum, Porphyromonas asaccharolytica, Parvimonas micra, Prevotella intermedia, Alistipes finegoldii, e Thermanaerovibrio acidaminovorans) mentre altre 62 assenti, risultati validati anche da una seconda metodologia di analisi, la MetaPhlan.

Tra le specie maggiormente espresse, Bacteroidetes fragilis ha dimostrato il più alto grado di incremento in tutte le quattro coorti. Interessante inoltre notare come cinque delle specie mancanti in soggetti con tumore al colon retto (Clostridium butyricum, Streptococcus salivarius, Streptococcus thermophilus, Carnobacterium maltaromaticum e Lactobacillus Gallinarum) abbiano dimostrato effetti positivi sulla salute in base a studi di letteratura.

È stato poi indagato se e in che modo le 69 specie complessivamente alterate in presenza di CRC (7 aumentate e 62 assenti) siano correlabili a una fase iniziale o avanzata di malattia.

Streptococcus sp. I-G2, Shewanella woodyi e Mycoplasma penetrans hanno mostrato un decremento progressivo generale.

Per classificare i CRC in base alla composizione batterica, le sette specie che hanno registrato l’aumento sono state veicolate attraverso una particolare strumentazione detta SVM (support vector machine) per ottenere dati sulla loro abbondanza con valori espressi in AUC. Tra i vari risultati, i ricercatori hanno riscontrato come tutte le specie in esame caratterizzino CRC in fase precoce con AUCs di 0.84, 0.82 e 0.84 rispettivamente nelle coorti AT, HK e FD suggerendo come possano effettivamente considerate validi marcatori di malattia.

Sulla base dell’algoritmo SparCC sono state inoltre indagate le correlazioni tra le specie batteriche incrementate in pazienti con tumore al colon retto e quelle compromesse dimostrando come siano tra loro disgiunte. I network formati infatti sono esclusivamente interni ai due gruppi, al contrario di quanto osservato nei controlli, risultando perciò negativamente associati soprattutto in fase avanzata di CRC. Nonostante queste restrizioni, Clostridium ha dimostrato un ruolo di centralità tra i vari legami.

Da ultimo, è stato esplorato il profilo genico attraverso la mappatura con il database UniRef dal quale è stato possibile ottenere 10,675 GO (gene ontology) e 8695 KO (KEGG ontology). Un totale di 311 GO e 217 KO sono state identificate come arricchite in soggetti CRC mentre 31 GO e 74 KO hanno dimostrato invece di essere mancanti. L’indice di correlazione di Spearman ha poi individuato 167 GO e 143 KO positivamente correlate con le sette specie aumentate in presenza di CRC. In base a questi dati sono stati infine esaminate le diverse vie funzionali coinvolte individuandone complessivamente 7: ko00020 (ciclo del citrato (TCA cycle)), ko00540 (biosintesi di lipopolsaccaridi), ko00130 (biosintesi di ubichinone e altri terpenoid chinoni), ko00785 (metabolismo dell’acido lipoico), ko00280 (degradazione di valina, leucina e isoleucina), ko00440 (metabolismo di fosfonato e fosfinato), e ko00511 (degradazione di altri glicani).

Inoltre alcune specie commensali sono risultate correlate alle categorie GO/KO mancanti in soggetti CRC ovvero Clostridium butyricum e Carnobacterium maltaromaticum con GO0051606 mentre Streptococcus salivarius e S. thermophiles con K07104 e K07570.

In conclusione, sulla base di questo primo studio di meta-analisi sulle sequenze metagenomiche di un così esteso gruppo di pazienti con tumore al colon retto e controlli sani, è possibile affermare come determinate specie batteriche, se attentamente monitorate, possano fornire un valido e non invasivo supporto diagnostico per questa patologia. Ulteriori indagini, anche su un campione ancora più esteso e abbinate a sempre più innovative tecniche di analisi dei dati, sono auspicabili dagli stessi autori al fine di capire meglio il ruolo del microbioma nella carcinogenesi al colon retto.

Silvia Radrezza

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