Кишечные бактерии предскажут эффективность иммунотерапии только в сообществе

Ученые выяснили, что успех иммунотерапии при различных типах рака зависит не просто от присутствия полезных бактерий в кишечнике, а от стабильности всего микробного сообщества, то есть отсутствия чужеродных для кишечника видов. Таким образом, комплексный анализ кишечной микрофлоры позволит точнее, чем отдельные бактерии-маркеры, оценивать перспективы того или иного лечения. Это, в свою очередь, поможет сделать терапию рака персонализированной и повысить ее эффективность для каждого пациента. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Computational and Structural Biotechnology.

Для лечения разных типов рака широко используют иммунотерапию — подход, при котором пациент принимает лекарства, активирующие его иммунную систему. В результате иммунные клетки, изначально «подавленные» опухолью, приобретают способность бороться с ней. Однако иммунотерапия эффективна далеко не для всех: например, при определенных типах рака кожи она помогает только примерно в 50% случаев. Поэтому исследователи ищут признаки, по которым можно было бы заранее понять, кому лечение принесет пользу, а для кого стоит искать альтернативы.

Многочисленные исследования показали, что эффективность иммунотерапии при раке кожи зависит от того, какие бактерии населяют кишечник пациента. Так, ранее ученые из Федерального научно-клинического центра физико-химической медицины имени академика Ю.М. Лопухина ФМБА (Москва) определили виды микроорганизмов, которые по-разному влияют на результат лечения. Оказалось, что бактерии, способные «делиться» с хозяином витаминами, аминокислотами и другими полезными соединениями, способствуют успешной терапии. Бактерии, поглощающие эти вещества, напротив, препятствуют ей. Однако до сих пор оставалось непонятно, влияет ли в целом микробное сообщество как единая система на эффективность борьбы с разными типами опухолей.

В новом исследовании авторы решили найти ответ на этот вопрос. Для этого исследователи использовали данные о последовательностях микробной ДНК из кишечника 624 пациентов с разных континентов и с разными типами рака (меланомой, раком легких, желудочно-кишечного тракта и другими видами опухолей). Кроме того, данные содержали результаты иммунотерапии для всех пациентов.

Сначала ученые по последовательностям ДНК определили видовой состав кишечных бактерий для всех описанных пациентов. Затем биологи объединили микроорганизмы с похожими функциями, особенностями места обитания и обмена веществ в группы. Это позволило создать своеобразный атлас кишечных микробов, характерных для людей с разными заболеваниями.

Сопоставив полученные атласы с результатами лечения, авторы выяснили, что ключевую роль в успехе иммунотерапии играет не разнообразие бактерий и не наличие определенных видов с полезными свойствами, а структура всего микробного сообщества. Так, если в нем преобладают «коренные» (исходно формирующиеся в кишечнике) виды бактерий, отвечающие преимущественно за переработку сложных углеводов и синтез аминокислот, терапия оказывается успешной.

Если же это стабильное и изначально характерное для здоровых людей сообщество нарушается, и в нем начинают преобладать «чужеродные» бактерии — например, попавшие в кишечник с пищей и из ротовой полости, — то лечение не дает эффекта. Появление таких «переселенцев» как цитробактер и веилонелла говорит о том, что здоровая экосистема кишечника заменяется хаотичным сообществом, не способным поддерживать адекватный иммунный ответ.

«Мы показали, что результат дорогостоящего лечения зависит от общей устойчивости микробной экосистемы пациента. Знание об этом позволит избежать назначения неподходящей терапии и тем самым снизить финансовую нагрузку на систему здравоохранения и предотвратить ненужные побочные эффекты у тех, для кого лечение будет неэффективным. Концептуально работа может помочь изменить общественные ожидания от медицины как источника "волшебной таблетки" и подчеркнуть роль образа жизни (питания, рационального использования антибиотиков, управления стрессом) в эффективности терапии, поскольку ее результат зависит от особенностей кишечной микрофлоры», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Евгений Олехнович, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории биоинформатики Федерального научно-клинического центра физико-химической медицины имени академика Ю.М. Лопухина ФМБА.