בכל זמן נתון, למעלה מ-10 טריליון חיידקים מכנים את המעיים שלנו הבית שלהם. מפירוק חומרים מזינים במזון שלנו ועד לחיזוק החסינות שלנו מפני פתוגנים, חיידקים אלו ממלאים תפקיד חיוני באינטראקציה שלנו עם העולם. זה כולל – כפי שמוצג במחקר חדש של חוקרים ומשתפי פעולה של EMBL באוניברסיטת ספליט, קרואטיה – את האופן שבו הגוף מגיב לחומרים מסרטנים ומפתח סרטן.
חומרים מסרטנים הם כימיקלים שעלולים לגרום לתאים רגילים להפוך לתאים סרטניים, ולגרום לגידולים וסרטן. ניתן למצוא אותם במספר מקומות, עשן טבק הוא אחד המקורות הידועים ביותר. חוקרים מצאו בעבר שאם עכברים נחשפים לניטרוסמין BBN, אחד הכימיקלים המצויים בעשן טבק, הם מפתחים בצורה מהימנה צורה אגרסיבית של סרטן שלפוחית השתן. לכן זה משמש כמודל מעבדה נפוץ של סרטן המושרה מסרטן.
המעבדה של יאנוש טרז'יץ' באוניברסיטת ספליט, קרואטיה, חקרה את המודל הזה כאשר ערכו תצפית מוזרה. אם העכברים היו מאכילים אנטיביוטיקה, במינון שהורג 99.9% מחיידקי המעיים שלהם, במקביל לחשיפה ל-BBN הסיכוי שיצרו גידולים היה נמוך בהרבה.
"בעוד ש-90% מהעכברים שנחשפו ל-BBN המשיכו לפתח גידולי שלפוחית השתן, רק 10% מאלה שקיבלו גם אנטיביוטיקה עשו זאת. זה הוביל אותנו להשערה שחיידקי המעי עשויים להיות מעורבים בוויסות האופן שבו BBN מעובד בגוף ," אמרה בלנקה רוז'ה, שותפה למחברת הראשונה של המחקר וסטודנטית לדוקטורט במעבדה לחקר הסרטן, בית הספר לרפואה של אוניברסיטת ספליט בקרואטיה. "לעולם לא אשכח לראות רצועות BBN ו-BCPN על לוחות כרומטוגרפיה דקה לאחר דגירה לילה של חיידקים ו-BBN."
הירידה בשכיחות הגידול הייתה כל כך דרמטית שבהתחלה פקפקתי בתוצאות, וחשבתי שבטח עשינו טעות איפשהו בניסוי. כתוצאה מכך, חזרנו על הניסוי חמש פעמים לפני שהפכנו לבסוף ל'מאמינים'. זה היה פנטסטי להבין שעם טיפול – במקרה הזה, אנטיביוטיקה – הצלחנו לבטל את התפתחות הסרטן".
Janoš Terzić's, אוניברסיטת ספליט
בזמן שהשתתף בכנס ב-EMBL היידלברג, טרזיץ' נפגש עם מייקל צימרמן, מנהיג קבוצה ב-EMBL היידלברג. קבוצת צימרמן מתמחה בשימוש בשיטות תפוקה גבוהות לחקר תפקודי המיקרוביום במעיים, תוך התמקדות בעיקר בתהליך הנקרא ביוטרנספורמציה. טרנספורמציה ביולוגית היא היכולת של מיקרואורגניזמים לשנות או לפרק כימיקלים בסביבתם.
הפגישה הראשונית הולידה שיתוף פעולה פורה. שתי הקבוצות החליטו לשלב את המומחיות שלהן כדי להבין האם וכיצד חיידקי המעי השפיעו על האופן שבו העכברים הגיבו לחומר המסרטן. תוך שימוש במגוון שיטות מיקרוביולוגיה וביולוגיה מולקולרית, גילו החוקרים שחיידקים החיים במעי העכבר יכולים להמיר BBN ל-BCPN. כמו BBN, BCPN שייך לקבוצת תרכובות הנקראות ניטרוסמינים. עם זאת, הצוות מצא שבניגוד ל-BBN, BCPN מתרכז בשלפוחית השתן וגורם להיווצרות גידולים באופן תלוי מיקרוביום.
בהמשך חקרו החוקרים למעלה מ-500 חיידקים מבודדים ומתורבתים כדי לזהות את מיני החיידקים הספציפיים המעורבים בהמרת BBN ל-BCPN. "מצאנו 12 מינים שיכולים לבצע את הביו-טרנספורמציה המסרטנת הזו", אמר בויאו ג'אנג, מחברו הראשון של המחקר וסטודנט לשעבר לדוקטורט בקבוצת צימרמן. "רצנו אותם והופתענו לגלות שרבים מהמינים האלה היו קשורים לעור ונמצאים בכמות נמוכה יחסית במעיים. שיערנו שאולי יש העברה חולפת כלשהי של חיידקים כאלה מהעור למעי כתוצאה מכך הטיפוח של החיות אבל היה חשוב להבין אם הממצאים האלה יהיו נכונים גם לבני אדם".
בעקבות מחקרים ראשוניים אלה בעכברים, המדענים השתמשו בדגימות צואה אנושיות כדי להראות שחיידקי מעיים אנושיים יכולים גם להמיר BBN ל-BCPN. כהוכחה לקונספט, הם הראו שאם צואה אנושית הושתלה במעי של עכבר שאין לו מיקרוביום מעי משלו, הם יכולים גם להמיר BBN ל-BCPN.
עם זאת, החוקרים גם הבחינו בהבדלים אינדיבידואליים גדולים ביכולת של המיקרוביום של המעי האנושי לבצע חילוף חומרים של BBN, כמו גם במינים החיידקיים המעורבים בהתמרה הביולוגית. "אנחנו חושבים שזה מניח את הבסיס למחקר נוסף כדי לראות אם המיקרוביום של המעי של אדם מייצג נטייה לסרטן הנגרם כימית, ולכן יכול לשמש לניבוי הסיכון האישי ולמנוע פוטנציאל התפתחות סרטן", אמר צימרמן.
"ההבדל הזה במיקרוביוטה הבין-אישית יכול להסביר מדוע אנשים מסוימים, למרות שהם חשופים לחומרים מסרטנים פוטנציאליים, אינם מפתחים סרטן בעוד שאחרים עושים זאת", הוסיף טרזיץ'.
האם ממצאים אלו אומרים כי אנטיביוטיקה יכולה למנוע סרטן באופן אוניברסלי? לא, כמובן שלא, אומר צימרמן. "זה מצריך מחקרים נוספים, כולל כמה שאנחנו עושים כרגע, כדי להבין כיצד המיקרוביום משפיע על חילוף החומרים של סוגים שונים של חומרים מסרטנים. חשוב גם לזכור שסרטן הוא מחלה רב-גורמית – רק לעתים נדירות יש סיבה אחת".
המחקר מתיישב עם הנושאים הרוחביים של מערכות אקולוגיות ומערכות אקולוגיות אנושיות של EMBL, אשר הוצגו בתוכנית 2022-26 שלה, 'מולקולות למערכות אקולוגיות'. הנושא של מערכות אקולוגיות מיקרוביאליות נועד לחקור מיקרואורגניזמים ואת האינטראקציות שלהם זה עם זה ועם סביבותיהם, בעוד שנושא המערכות האקולוגיות האנושיות מתכנן לנצל את היתרונות של מערכי נתונים אנושיים המתרחבים במהירות כדי לחקור את יחסי הגומלין בין גנים לסביבה והשפעותיו על פנוטיפים אנושיים. למידע נוסף על תוכניות המחקר הללו כאן.
