Mikrobiom-Signatur für Darmkrebs entdeckt

Seit langem wird vermutet, dass das Darmmikrobiom – die Gemeinschaft von Bakterien und anderen Mikroorganismen im Darm – eng mit Darmkrebs (kolorektalem Karzinom) verbunden ist. Die kürzlich in Cell Host & Microbe veröffentlichte Studie eines internationalen Forschungskonsortiums unter Leitung des European Molecular Biology Laboratory (EMBL) und des Leiden University Medical Center (LUMC), liefert nun eine der bislang umfassendsten Analysen des darmkrebsassoziierten Mikrobioms.

Die Forscher analysierten dafür die Daten aus 27 Studien mit insgesamt 6.779 öffentlich verfügbaren Mikrobiom-Sequenzierungen aus Stuhlproben. Zusätzlich wurden 906 Gewebeproben untersucht, um Mikrobiome aus Stuhl und Tumorgewebe direkt miteinander zu vergleichen. In dieser umfassenden Herangehensweise liege die Stärke dieser Studie, so Georg Zeller, Gastgruppenleiter am EMBL Heidelberg und Professor am Leiden University Medical Center: „Wir haben Stuhl- und Gewebeproben verglichen, Ernährungsdaten einbezogen sowie bakterielle Arten, Stämme und Virulenzfaktoren analysiert.“

Vergleichbarkeit unterschiedlicher Datensätze

Die Wissenschaftler nutzten neue computergestützte Verfahren, mit denen Mikrobiom-Datensätze aus verschiedenen Sequenzierungstechnologien miteinander vergleichbar gemacht werden konnten. So ließen sich auch Daten aus Bevölkerungsstudien analysieren, die ursprünglich nicht zur Darmkrebsforschung erhoben worden waren. Herzstück der Analyse ist ein Machine-Learning-Algorithmus, der zwischen krebsassoziierten und gesunden Darmmikrobiomen unterscheiden kann. Er berechnet einen Score, der angibt, wie stark ein Mikrobiom einem Darmkrebs-Mikrobiom ähnelt. Auf diese Weise konnte eine Mikrobiom-Signatur identifiziert werden, die unabhängig von Herkunft, Sequenzierungsmethode oder Erkrankungsalter reproduzierbar war. Sie fand sich sowohl bei früh als auch bei spät auftretendem Darmkrebs.

Krebsassoziierte Mikroorganismen früh im Gewebe nachweisbar, aber nicht in Stuhlproben

Die Untersuchung zeigte außerdem, dass die im Tumorgewebe angereicherten Bakterien weitgehend mit den in Stuhlproben gefundenen Darmkrebs-Signaturen übereinstimmen. Bemerkenswert war, dass sich die krebsassoziierten Mikroorganismen bereits in frühen Tumorstadien im Gewebe nachweisen ließen. In Stuhlproben war die Erkennungsrate dagegen bei frühen Tumoren oder weiter oben im Dickdarm gelegenen Tumoren geringer. Vermutlich gelangen bei kleineren oder weiter vom Enddarm entfernten Tumoren weniger Bakterien in den Stuhl. Nach Ansicht von Michael Zimmermann, Gruppenleiter am EMBL Heidelberg, sprechen die Ergebnisse dafür, dass Veränderungen des Mikrobioms bereits früh im Krankheitsverlauf auftreten. Gleichzeitig werfen sie neue Fragen zur Wechselwirkung zwischen Tumor und Mikroorganismen auf.

Krebsvorstufen bleiben schwer nachweisbar

Während die Darmkrebs-Signatur sehr robust war, erwies sich der Nachweis präkanzeröser Adenome weiterhin als schwierig. Die mikrobiellen Veränderungen waren deutlich schwächer ausgeprägt und überschnitten sich nur begrenzt mit der Darmkrebs-Signatur. Die Forscher betonen deshalb, dass empfindlichere Methoden, größere Datensätze oder die Kombination mit anderen Biomarkern erforderlich sein werden, bevor Mikrobiom-basierte Verfahren zuverlässig Krebsvorstufen erkennen können.

Ballaststoffe beeinflussen das Darmmikrobiom

Die Studie zeigte außerdem einen Zusammenhang zwischen Ernährung und Mikrobiom. Eine geringe Aufnahme von Ballaststoffen war mit einer stärkeren Darmkrebs-Signatur verbunden. Umgekehrt verringerte eine ballaststoffreiche Ernährung in Interventionsstudien den Darmkrebs-Score des Mikrobioms. Dies deutet darauf hin, dass die Ernährung – insbesondere Ballaststoffe – die Zusammensetzung des Darmmikrobioms beeinflusst und damit möglicherweise das Krebsrisiko, den Krankheitsverlauf oder die Prävention mitbestimmt.

Nach Ansicht der Wissenschaftler liefern die Ergebnisse eine wichtige Grundlage für die Entwicklung neuer Verfahren zur Risikoabschätzung und Früherkennung von Darmkrebs. Für einen diagnostischen Einsatz sei das Verfahren jedoch noch nicht geeignet. Insbesondere müsse in größeren Studien geklärt werden, ob Mikrobiom-Analysen etablierte Screening-Methoden wie den immunologischen Stuhltest künftig sinnvoll ergänzen können.