Interfax-Russia.ru — Сибирские ученые выявили бактерии, которые влияют на развитие рака легкого. Теперь они планируют разработать тест-систему, чтобы определять вероятность развития этого заболевания.
Ученые Кемеровского государственного университета (КемГУ, Кемерово) выявили взаимосвязь между различными формами рака легкого и количеством стрептококков (Streptococcus), бацилл (Bacillus), гемелл (Gemella) и гемофилюс (Haemophilus) в мокроте пациентов, страдающих этим заболеванием. Как оказалось, бактерий в процессе своей жизнедеятельности могут вызывать повреждения молекул ДНК в клетках, что в свою очередь приводит к появлению злокачественных новообразований. Статья по этой теме опубликована в международном журнале Life.
"Некоторые бактерии напрямую вырабатывают гены токсинов или производят свободные радикалы, и все это приводит к формированию мутаций", — цитирует издание Сибирского отделения Российской академии наук (СО РАН) "Наука в Сибири" профессора кафедры генетики и фундаментальной медицины КемГУ, доктора биологических наук Владимира Дружинина.
При этом, как полагают исследователи, наиболее вероятными биомаркерами рака легкого у человека являются стрептококки группы B (agalactiae).
Всего в исследовании приняло участие более 200 человек: порядка 100 человек, страдающих раком легкого, и столько же людей без этой патологии. Для анализа состава микробиома дыхательных путей ученые использовали образцы мокроты, полученные от больных раком легкого и контрольной группы (здоровых участников).
Сначала, используя технологию массового параллельного секвенирования и специальный набор для выделения геномной ДНК, специалисты очистили мокроту от ненужных веществ вроде грибков и вирусов. А затем при помощи повторяющихся температурных циклов выделили из нее множество копий одного из основных генов бактерий — 16S-РНК. После этого готовые образцы геномных библиотек бактериальной ДНК секвенировали на приборе Illumina MiSeq.
"Этот способ еще называют ампликонным, так как он направлен только на анализ конкретных частей ДНК — ампликонов. Их основания метят красителями, каждый из которых обозначает определенную букву (название гена)", — уточняется в публикации.
В дальнейшем с помощью лазерного излучения полученные фрагменты внесли в компьютер в виде текстового файла, который ученые впоследствии анализируют.
"Такой способ определения полного состава микроорганизмов активно используется во всем мире, но не позволяет точно определять виды бактерий и их функциональные особенности. Поэтому в будущем исследователи хотели бы продолжить эту работу, используя уже полногеномное секвенирование бактериальной ДНК", — отмечает "Наука в Сибири".
Также в перспективе исследователи планируют установить не только роды, но и виды бактерий микробиома дыхательных путей. Это поможет выявлять опухоли на ранних стадиях и своевременно приступать к их лечению.
По информации КемГУ, проект "Связь состава респираторной микрофлоры с активностью генома и мутагенными эффектами у жителей угольного промышленного региона", поддержанный Российским научным фондом (РНФ), стартовал в 2020 году. В апреле текущего года РНФ продлил исследования еще на 2 года и пообещал дополнительно выделить ученым 12 млн рублей.
Планируется, что в течение этого периода специалисты разработают генетическую тест-систему, с помощью которой можно будет оценить вероятность развития в будущем рака легкого у людей из групп риска — курильщиков; работников, занятых на вредном производстве; граждан, страдающих хроническими воспалительными болезнями легких.
"Таким образом, микробиомные (бактериальные) биомаркеры могут послужить действенным инструментом для выявления рака легкого на самых ранних стадиях, что позволит снизить смертность от этого распространенного вида рака", — отмечают в вузе.
Ранее ученые КемГУ совместно с коллегами из института экологии человека Федерального исследовательского центра угля и углехимии (ФИЦ УУХ) СО РАН выявили сеть взаимодействующих генов, определяющих риск формирования злокачественных образований у шахтеров в Кузбассе. На основе этих данных специалисты разработали систему экспертной оценки риска формирования рака легкого у работников угольных предприятий.
"В настоящее время совместно с коллегами из Института цифры КемГУ на основе технологий машинного обучения разрабатываются системы автоматизированной оценки риска формирования заболеваний у работников других отраслей промышленности. Исходя из запроса индустриальных партнеров, в фокусе внимания будет находиться комплекс поражений слухового аппарата человека, вызванных производственным воздействием шума", — сообщили в КемГУ.
Так, ученые Кемеровского государственного университета планируют разработать систему прогноза нейросенсорной тугоухости и внедрить ее в условиях реального сектора экономики Кузбасса. Использование данного подхода позволит модернизировать систему охраны здоровья рабочих промышленных предприятий и вывести ее на современный уровень геномной медицины.
Тем временем, коллектив ученых из Красноярского научного центра СО РАН (Красноярск), Красноярского государственного медицинского университета им. проф. В. Ф. Войно-Ясенецкого (Красноярск), Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН (Новосибирск), Сибирского федерального университета (СФУ, Красноярск), Института физики им. Л. В. Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН (Красноярск), НИЦ "Курчатовский институт" (Москва), Томского государственного университета (ТГУ, Томск), Федерального научно-исследовательского центра "Кристаллография и фотоника" РАН (Москва), Федерального Сибирского научно-клинического центра Федерального медико-биологического агентства (Красноярск) и их коллеги из Южной Кореи, Финляндии и Канады создал ДНК-аптамеры — короткие последовательности ДНК, которые можно использовать для выявления глиальных опухолей (опухолей головного мозга). Результаты работы опубликованы в журнале Molecular Therapy — Nucleic Acid.
"Авторы провели отбор коротких ДНК в пробирке таким образом, чтобы молекулы связывались именно с человеческой глиальной опухолью. В результате исследователи получили более двадцати тысяч ДНК длиной в 100 нуклеотидов — своего рода "букв", составляющих эти молекулы. Затем с помощью машинного обучения ученые выбрали и методами молекулярного моделирования улучшили те ДНК, которые по своим последовательностям представлялись лучшими кандидатами", — сообщает издание СО РАН "Наука в Сибири".
В дальнейшем специалисты проверили способность оптимизированных молекул связываться с клетками целевых новообразований. В результате ученые выявили два варианта последовательностей, строго специфичных к глиальным опухолям. Эти аптамеры, обозначенные как Gli-233 и Gli-55, связывались только с глиомой, позволяя отличить ее от здоровых участков мозга и других типов опухолей.
Чтобы доказать, что с помощью аптамеров можно выявлять глиому не только в культурах клеток и образцах ткани, взятых во время операции, но и внутри живого организма, ученые использовали лабораторных мышей, в мозге которых развивалась глиальная опухоль человека. Животным ввели препарат, содержащий молекулы Gli-233 с присоединенными к ним флуоресцентными метками. Они позволили увидеть опухоль под операционным микроскопом. Оказалось, что аптамер со стопроцентной точностью связался с клетками опухоли и при этом не был токсичен для животных.
"Синтез аптамеров — довольно простая и дешевая технология. Однажды проведя отбор ДНК для интересующей нас мишени, мы можем сколько угодно копировать эту молекулу и присоединять к ней разные метки. Полученные в этом исследовании аптамеры связываются исключительно с клетками глиомы, позволяя распознать их абсолютно точно", — пояснила заведующая лабораторией цифровых управляемых лекарств и тераностики Красноярского научного центра СО РАН и лабораторией биомолекулярных и медицинских технологий Красноярского государственного медицинского университета им. проф. В. Ф. Войно-Ясенецкого доктор биологических наук Анна Кичкайло.
По ее словам, благодаря этому аптамеры помогут упростить и ускорить диагностику опухоли. Более того, как отметила эксперт, короткие ДНК быстро распадаются в организме: их "съедают" специальные ферменты, поэтому с большой вероятностью эти молекулы безопасны не только для мышей, но и для человека.
