Inżynier chemik Stephanie Culler miała zaledwie 13 lat, kiedy obie jej babcie zmarły na raka w ciągu sześciu miesięcy od siebie. Konfrontacja z okrutną przypadkowością choroby jest trudna dla każdej młodej nastolatki, ale Culler był dodatkowo zdezorientowany plakatem American Cancer Society na lodówce jej rodziców.
„Te dobre wybory żywieniowe mogą pomóc chronić cię przed niektórymi nowotworami”, przeczytaj tekst plakatu towarzyszący 30 pięknie sfotografowanym owocom i warzywom.
Ale babki Cullera, jedna z rakiem płuc i innym rakiem jelita grubego, zjadły już większość tych pokarmów. W rzeczywistości jej babka ze strony matki, imigrantka z Iranu, przylgnęła do tradycyjnej kuchni perskiej z posiekanymi sałatkami, grillowanymi warzywami i granatami, które rywalizowałyby z każdą amerykańską dietą w czystej chwale przeciwutleniaczy. Jej dieta zawierała także fermentowane produkty przyjazne jelitom, takie jak domowy jogurt i marynowane warzywa. O ile Culler mógł wówczas powiedzieć, jej babcie należało oszczędzić.
Plakat na rodzinnej lodówce Cullera i sugerowany przez nią związek między dietą a rakiem doprowadziłby ją ostatecznie do laboratorium JLABS w dziale startupów Johnson & Johnson, gdzie genetycznie sekwencjonuje próbki kału. Culler i inni badacze onkologii mają nadzieję odpowiedzieć na jedno z najbardziej palących pytań w obecnych badaniach nad rakiem: Czy jakość i różnorodność bakterii jelitowych determinuje, czy ludzie z powodzeniem zareagują na leczenie raka?
„Gdy spojrzeliśmy na stolec od pacjentów z rakiem piersi i płuca, odkryliśmy, że w mikrobiomie brakuje ważnych bakterii”, mówi Culler. Brak niektórych drobnoustrojów jelitowych, głównie bakterii Firmicutes, może wyjaśniać, dlaczego inhibitory immunologicznego punktu kontrolnego - leki, które blokują białka przyjazne dla raka i pomagają ułatwić odpowiedź układu odpornościowego na komórki rakowe - nie działają u niektórych pacjentów. „Uważamy, że bakterie te są ważne, aby układ odpornościowy mógł reagować na te leki”, mówi Culler.
Wraz z innym inżynierem chemikiem, Steve'em Van Dienem, Culler założył Persephone Biome latem 2017 roku, aby zbadać związek między bakteriami jelitowymi a rakiem. Nazwana na cześć Persephone, greckiej bogini roślinności, która pojawia się na wiosnę i schodzi z powrotem do podziemi po żniwach, firma Culler przygotowuje się do badań klinicznych, w których testowane będą określone drobnoustroje jelitowe, aby sprawdzić, czy poprawią one działanie inhibitorów punktów kontrolnych w piersiach i niedrobnokomórkowy rak płuca. (Drugi produkt skupi się na terapii komórkami CAR-T, która wykorzystuje własne komórki odpornościowe pacjentów, które zostały genetycznie zmodyfikowane w celu leczenia raka.)
„Naszym celem jest stworzenie środków terapeutycznych w celu przekształcenia osób niereagujących w osoby reagujące”, mówi Culler, odnosząc się do pacjentów, którzy reagują lub nie reagują na inhibitory punktu kontrolnego. Jej firma ma nadzieję na opracowanie mieszanki wybranych bakterii jelitowych, które można przyjmować w postaci tabletek, aby leczyć mikrobiomy pacjentów, które mogą zostać uszkodzone przez antybiotyki i niewłaściwą dietę, o czym niedawno rozmawiała w TEDx w San Diego.
„Nawet zdrowi ludzie mogą brakować tych drobnoustrojów jelitowych, ale pacjenci z rakiem i osoby z upośledzonym układem odpornościowym są bardziej narażone na ich brak”, mówi Culler. „Chcemy je oddać”.
Chociaż uważa się, że co najmniej 70 procent komórek odpornościowych znajduje się w jelitach - często nazywanych „drugim mózgiem” - naukowcy nie byli szczególnie zainteresowani ludzkim mikrobiomem do 2005 roku. Przełomowy artykuł opublikowany w tym roku sugerował, że otyłe myszy miały różne bakterie jelitowe niż cienkie myszy. Od tego czasu badacze badali ideę zamiany bakterii jelitowych ludzi, a nawet stosowali przeszczepy mikrobioty kałowej (często nazywane „pigułkami kupy”, mimo że zwykle podaje się je w postaci płynów), aby skutecznie leczyć osoby cierpiące na zapalną chorobę jelit . (Jednak nie opracowali jeszcze suplementu odchudzającego, przenosząc bakterie z godnej pozazdroszczenia osoby do wnętrzności mas tłuszczowych).
W ciągu ostatniej dekady pojawiło się wiele badań, które badały rolę mikrobiomu we wszystkim, od depresji, autyzmu po chorobę Parkinsona. Według Roba Knighta, założyciela Center for Microbiome Innovation University of California San Diego, badanie mikrobiomu może pomóc ustalić, którzy pacjenci mogą reagować na różne leki przeciwbólowe i na serce. „Jesteśmy bardzo zainteresowani wzajemnym oddziaływaniem między żywnością, lekami i mikrobiomem jelitowym”, mówi Knight, który był także współzałożycielem American Gut Project, projektu naukowego dla obywateli, który zebrał próbki kału od ponad 11 300 uczestników w 42 krajach.
Podczas gdy związek między bakteriami jelitowymi a zdrowiem staje się coraz wyraźniejszy, naukowcy starali się skutecznie manipulować mikrobiomem jako formą leczenia. „Wiemy bardziej niż kiedykolwiek o tym, jak mikrobiom wpływa na przewlekłą chorobę”, mówi Knight, „ale nie wiemy jeszcze, jak zmienić mikrobiom w określonym kierunku.” (Naukowcy zgadzają się jednak, że probiotyki nie są toteż niektórzy ludzie myślą, że tak jest.)
W ubiegłym roku trzy artykuły badawcze opublikowane w Science wstrząsnęły dziedziną raka, pokazując, że można manipulować mikrobiomem, aby wpłynąć na odpowiedzi na leczenie. W serii eksperymentów międzygatunkowych „człowiek-spotkanie-myszy” francuski zespół przeszczepił ludzkie bakterie jelitowe myszom zarówno z powodzeniem leczonych pacjentów z rakiem, jak i pacjentów, którzy nie reagowali na inhibitory punktu kontrolnego. Dwa tygodnie po wprowadzeniu nowych bakterii do jelit gryzoni naukowcy wstrzykiwali komórki rakowe i inhibitory punktu kontrolnego co trzy dni przez kolejne dwa tygodnie. Leki działały na zmniejszenie nowotworów u myszy, które otrzymały ludzkie bakterie od skutecznie leczonych pacjentów z rakiem, podczas gdy leki nie były skuteczne u myszy, które otrzymały bakterie od ludzi, którzy nie zareagowali na leczenie.
Zespoły z University of Chicago i University of Texas MD Anderson Cancer Center w Houston przeprowadziły podobne eksperymenty z wykorzystaniem drobnoustrojów jelitowych u pacjentów z czerniakiem z przerzutami, którzy dobrze zareagowali na inhibitory punktu kontrolnego. Te myszy też się poprawiły. „Zasadniczo wkładamy małą rurkę do przełyku myszy i wkładamy kupkę. Odtworzyło jelito myszy, dzięki czemu zawierało drobnoustroje od pacjenta ”- mówi Deepak Gopalakrishnan, doktorant i główny autor badania MD Anderson.
Następnym krokiem są badania kliniczne z udziałem ludzi. Zespół MD Anderson bada możliwość podania pacjentom brakujących bakterii jelitowych w postaci zarodników (które nie muszą być zamrażane jak kał) od dawców z korzystnymi mikrobiomami. Kolejne ramię badania będzie testowało kupę pigułek zrobionych z bakterii ocalałych z raka, których guzy zniknęły po zażyciu inhibitorów punktu kontrolnego. Badacze śledzą także styl życia pacjentów, w tym spożycie produktów i błonnika, aby połączyć kropki między odsetkiem odpowiedzi na leki przeciwnowotworowe, różnorodnością jelit i dietą.
„Wiemy, że dieta ma znaczenie, ale każdy chce wiedzieć, jaki jest sekretny sos, aby zmienić mikrobiom w celu lepszego reagowania na leczenie raka”, mówi Jennifer Wargo, profesor chirurgii i medycyny genomowej na University of Texas, która jest współautorką przegląd nauki o mikrobiomie w zeszłym miesiącu. „Po prostu jeszcze tego nie wiemy”.
Podobnie zresztą jak Culler, która wciąż zastanawia się, dlaczego jej babcie nie zareagowały na chemioterapię dostępną w połowie lat 90. Ma jednak nadzieję, że te same narzędzia do sekwencjonowania genetycznego, które pozwolą zajrzeć do naszej kupy i zbadać szczepy bakterii, zapewnią również sposób na lepszą diagnozę nowotworów i wybór odpowiednich metod leczenia.
W międzyczasie Culler dołącza do chóru badaczy, którzy starają się zwrócić uwagę na największą barierę w ich badaniach: brak próbek kału. Naukowcy potrzebują darowizn od pacjentów z rakiem, osób, które przeżyły raka, osób z rodzinną historią raka i wszystkich innych. „Zawsze jestem zaskoczony, dlaczego tak trudno jest pobrać próbki” - mówi Culler. „Ludzie myślą, że to obrzydliwe i są zawstydzeni. Ale jestem wdzięczny za kulturową akceptację kupy emoji za destygmatyzację ”.
Culler uruchomił nawet „Poop for the Cure”, projekt badawczy, który oferuje karty podarunkowe Visa 50 USD na próbki. „Mam nadzieję, że nadejdzie dzień, kiedy zbieranie stolca będzie tak rutynowe jak zbieranie krwi. Do tego czasu wszyscy potrzebujemy pomocy. ”
