Правильная комбинация диеты и бактерий ограничивает прогрессирование рака

ПРАВИЛЬНАЯ КОМБИНАЦИЯ ДИЕТЫ И БАКТЕРИЙ ОГРАНИЧИВАЕТ ПРОГРЕССИРОВАНИЕ РАКА 

Исследование: комбинация пребиотиков и пробиотиков уменьшает экспрессию генов проканцерогенной и лекарственной устойчивости

Диета человека может оказывать существенное влияние на микробиом кишечника, то есть на популяции микроорганизмов, таких как бактерии, которые живут в кишечнике человека. Хорошо известно, что пищевые привычки в результате сложных метаболических взаимодействий способствуют профилактике рака. Более конкретно, диеты, богатые клетчаткой, снижают риск развития специфических видов рака, таких как колоректальный рак (CRC). Хотя такие диеты являются эффективным средством профилактики рака, их возможные роли в прогрессировании и лечении рака остаются недостаточно изученными.

Основные моменты исследования

• Синбиотический режим уменьшает молекулярные признаки рака
• Коктейль из малых молекул синбиотического происхождения ограничивает способность рака к самообновлению

Краткие сведения об исследовании

Модулируя микробиом кишечника человека, пребиотики и пробиотики (комбинации которых называются синбиотиками) могут использоваться для лечения таких заболеваний, как колоректальный рак (CRC). В отличие от индивидуальных пребиотических или пробиотических процедур, синбиотический режим вызывал снижение регуляции генов, участвующих в прокарциногенных путях и лекарственной устойчивости, и снижение уровня лактата онкометаболита. При моделировании режимов производились различные соотношения органических и короткоцепочечных жирных кислот. Лечение первичных CRC-производных клеток молекулярным коктейлем, отражающим синбиотический режим, ослабляет способность к самообновлению. Комплексный подход демонстрирует потенциал моделирования для рациональной разработки методов лечения на основе синбиотиков в будущем.

Об исследовании

Группа ученых из Люксембургского центра системной биомедицины (LCSB - Luxembourg Centre for Systems Biomedicine) и Исследовательского подразделения биологических наук (LSRU - Life Sciences Research Unit) в Университете Люксембурга установила, что комбинация пребиотиков, таких как пищевые волокна, и пробиотиков, то есть специфических полезных бактерий, уменьшает экспрессию генов проканцерогенной и лекарственной устойчивости. Комбинация приводит к метаболическим изменениям, которые влияют на рост раковых клеток и может помочь в лечении таких заболеваний, как CRC.

Для изучения взаимодействий диета-микробиом-хозяин биологи работали с HuMiX ("Human-Microbial X (cross)-talk") - уникальную модель кишечника in vitro, которая позволяет культивировать кишечные клетки человека вместе с бактериями в репрезентативных условиях. В этом исследовании они исследовали влияние режимов питания и конкретного пробиотика на клетки колоректального рака.

Рисунок1. Графическая аннотация к статье в Cell Reports:

изображены: Formate (формиат – соли и эфиры муравьиной кислоты), Acetate (ацетат - соли и эфиры уксусной кислоты), Lactate (лактат - соли и эфиры молочной кислоты), self-renewal – самообновление, inflammation  - воспаление, drug resistance – лекарственная устойчивость.

В отличие от отдельных диет, обогащенных клетчаткой или пробиотическими препаратами, только комбинация клетчатки (пищевых волокон) и пробиотиков привела к наблюдаемым благоприятным эффектам. Вместе со своими сотрудниками исследователи интегрировали компьютерную метаболическую модель взаимодействия между диетой, хозяином и микробиомом. Они определили эффекты комбинированного лечения: подавление генов, связанных с колоректальным раком и лекарственной устойчивостью, а также ослабление способности самообновления раковых клеток. Важно, что благодаря тщательному молекулярному анализу они также определили совокупность молекул, полученных в результате комбинации, тем самым обеспечивая механистическую основу для наблюдаемых полезных эффектов.

Рисунок 2. Графическая аннотация к статье в Cell Reports:

(A) Концептуальная схема in vitro модели клеток кишечника и микробиома человека HuMiX. Пробиотик культивируют в присутствии смоделированных режимов питания в верхней камере, отделенной через нанопористую мембрану от средней камеры, в которой находятся человеческие эпителиальные клетки (например, клетки Caco-2 – эпителиальные клетки аденокарциномы толстого кишечника человека). Нижняя камера, также отделенная от средней камеры микропористой мембраной, перфузируется средой для культивирования клеток и обеспечивает транспорт питательных веществ к базальной поверхности клеток человека. При использовании системы Transwell System рост клеток человека в присутствии пищевых волокон не наблюдался. Напротив, клетки Caco-2 были жизнеспособными при использовании модели HuMiX.

B) Составы двух различных режимов питания.

Режим высоковолокнистой диеты (HF) состоял из среднего максимума в крахмале (starch) и диетическом волокне (dietary fibre) включая пребиотики (prebiotics). Режим (REF) не содержал ни диетическое волокно (или пребиотики) ни крахмал. Оба диетических режима содержали приблизительно одинаковое количество белка и витаминов/минералов.

C) Диаграмма модели In silico («сделано с помощью компьютерной симуляции»), используемая для моделирования воздействия комбинаций пребиотиков и пробиотиков на клетки человека.

Модель LGG из Agora modeling framework была интегрирована с контекстно-специфичной моделью аденокарциномы толстой кишки (COAD) с использованием Recon2 через рабочий процесс FASTCORMICS.

«В настоящее время больным раком не предоставляются основанные на фактических данных персонализированные диетические вмешательства во время химиотерапевтического лечения. Наши результаты подтверждают использование взаимодействий между пищей и микробиомом в качестве вспомогательного терапевтического подхода в противораковой терапии», - объясняет доктор Кейси Гринхалх (Dr. Kacy Greenhalgh), постдок в группе биологии Экосистемы в LCSB и ведущий автор исследования. «Я надеюсь, что наши результаты дойдут до пациентов и практикующих врачей в соответствующих областях, и что в будущем будет приложено больше усилий для включения индивидуальных диетических рекомендаций в планы лечения рака».

«Это особенно верно в отношении CRC, где микробиом приобретает все большее значение в последние пару лет. Более глубокое понимание взаимодействия микробиома с хозяином может привести к новым терапевтическим стратегиям для пациентов с CRC», - добавляет доктор Элизабет Летелье (Dr. Elisabeth Letellier), главный исследователь в Группе Механизмов Молекулярных Заболеваний в LSRU.

Исследовательский проект был успешно осуществлен благодаря совместным усилиям различных групп в Университете Люксембурга. «Расшифровка сложных взаимодействий хозяин-диета-микробиом и их влияние на здоровье и болезненные состояния требуют согласованных усилий экспертов из разных областей. Междисциплинарный подход имел решающее значение для понимания очень сложных молекулярных процессов, лежащих в основе наблюдаемых полезных биологических эффектов», - комментирует доцент Пол Уилмес (Paul Wilmes), руководитель группы по биологии экосистем в LCSB и старший автор исследования.

Источник: Материалы предоставлены Люксембургским университетом 

Статья в журнале: Kacy Greenhalgh, Elisabeth Letellier, Paul Wilmes et al. Integrated In Vitro and In Silico Modeling Delineates the Molecular Effects of a Synbiotic Regimen on Colorectal-Cancer-Derived Cells. Cell Reports, 2019; 27 (5)