دانشمندان راهی را برای تشخیص سرطان روده بزرگ با دقت پیش بینی 84 درصد تنها با استفاده از یک نمونه مدفوع و هوش مصنوعی کشف کرده اند. در صورت تایید این روش، این آزمایش ساده می تواند نحوه غربالگری پزشکان برای دومین سرطان کشنده جهان را تغییر دهد.

به گزارش ایسنا، سرطان روده بزرگ هر ساله نزدیک به یک میلیون نفر را می کشد. تشخیص زودهنگام می تواند نجات بخش باشد، با این حال کولونوسکوپی ها تهاجمی، پرهزینه و اغلب به دلیل ترس بیماران به تاخیر می افتند. یک آزمایش مبتنی بر مدفوع که به این سطوح تشخیص نزدیک شود، می تواند به طور چشمگیری میزان غربالگری را بهبود بخشد.

این مطالعه جدید اولین مطالعه ای است که باکتری های روده انسان را در سطح زیرگونه ها نقشه برداری می کند. این وضوح بالاتر نشان می دهد که حتی تفاوت های ژنتیکی بسیار کوچک در گونه های باکتریایی مشابه می تواند یک سویه را بی ضرر کند، در حالی که سویه دیگر به رشد تومورها کمک می کند.

این تیم تحقیقاتی با تجزیه و تحلیل 225 هزار و 918 ژنوم از نمونه های روده انسان در سراسر جهان، یک کاتالوگ عظیم باکتریایی ایجاد کردند. آنها این ژنوم ها را در 5361 واحد زیرگونه عملیاتی (OSU) گروه بندی کردند که در تقریبا 1000 گونه پراکنده شده اند. زیرگونه ها گروه هایی از باکتری ها هستند که تقریبا یکسان به نظر می رسند، اما رفتار بسیار متفاوتی دارند.

مطالعات گذشته در مورد میکروبیوم، گونه ها را طوری در نظر می گرفتند که گویی همه اعضا رفتار یکسانی دارند. این تحقیق نشان داد که در حدود یک چهارم گونه ها، زیرگونه ها می توانند یا در برابر سرطان محافظت ایجاد کنند یا به رشد آن کمک کنند. برای مرتب سازی این موارد، تیم تحقیقاتی یک روش رایانه ای ساخت که مانند یک اسکنر اثر انگشت ژنتیکی عمل می کند و نشان می دهد کدام زیرگونه ها در نمونه مدفوع وجود دارند.

دانشمندان سپس روش خود را روی نمونه های مدفوع بیش از 1000 نفر در هفت کشور آزمایش کردند. با آموزش یک مدل هوش مصنوعی برای تشخیص الگوها، آنها توانستند بیماران مبتلا به سرطان را از افراد سالم با دقت حدود 84 درصد تشخیص دهند. در برخی گروه ها، این مدل حتی بهتر عمل کرد.

برای مقایسه، مدل های رایانه ای قبلی که از داده های سنتی گونه های باکتریایی استفاده می کردند، تنها به 79 درصد دست یافتند. رویکرد زیرگونه ها گامی بزرگ در تشخیص غیرتهاجمی سرطان است.

این تجزیه و تحلیل 218 زیرگونه مرتبط با سرطان روده بزرگ را نشان داد. در بیش از 100 مورد، یک زیرگونه ارتباط قوی با سرطان داشت، در حالی که زیرگونه های خواهر و برادر آن از همان گونه این ارتباط را نداشتند. 28 زیرگونه دیگر با وجود اینکه گونه های والد آنها هیچ علامتی نشان نمی دادند، با سرطان مرتبط بودند.

یک نمونه، باکتری به نام Fusobacterium animalis است. مدت هاست که این باکتری با سرطان روده بزرگ مرتبط دانسته می شود، اما مطالعه جدید نشان داد که تنها یکی از دو زیرگونه آن در واقع رشد تومور را تحریک می کند. بدون این سطح از جزییات، تحقیقات قبلی تصویر مبهمی را ارائه می دادند.

با نگاهی عمیق تر، این تیم دریافت که ژن های عملکردی اغلب تفاوت های بین زیرگونه های مرتبط با سرطان و خنثی را توضیح می دهند. این تغییرات ژنتیکی می توانند نحوه تعامل باکتری ها با بدن را تغییر دهند.

برای مثال، زیرگونه Ruthenibacterium lactatiformans را در نظر بگیرید. یک نسخه از این باکتری که بیشتر در بیماران مبتلا به سرطان یافت می شود، هنوز می تواند ویتامین B12 تولید کند. بقیه گونه ها این توانایی را از دست داده اند. جالب اینجاست که افراد مبتلا به سرطان روده بزرگ اغلب سطح بالاتری از ویتامین B12 در خون خود دارند و این سطح با پیشرفت سرطان افزایش می یابد. اینکولونوسکوپی در آنها محدود است، امیدوارکننده می کند.

رویکرد مبتنی بر زیرگونه همچنین در مقایسه با تحلیل در سطح گونه، تکرارپذیری بالاتری را در بین جمعیت های مختلف نشان داد. در حالی که برخی از زیرگونه های باکتریایی از نظر جغرافیایی متفاوت هستند، امضاهای اصلی مرتبط با سرطان در بین جمعیت های مختلف جهانی ثابت باقی مانده اند و از کاربردهای غربالگری جهانی پشتیبانی می کنند.

فهرست زیرگونه ها، درهایی را به سوی درک چگونگی تأثیر باکتری های روده بر سلامت انسان با جزییات بی سابقه ای می گشاید. همین چارچوب تحلیلی می تواند به طور بالقوه سایر سرطان ها، بیماری های خودایمنی و اختلالات متابولیک را از طریق تجزیه و تحلیل ساده مدفوع تشخیص دهد.

با بهبود ابزارهای هوش مصنوعی، احتمالا دقت این نوع تحلیل حتی بیشتر هم خواهد شد. امید است که در آینده، غربالگری سرطان به سادگی ارسال نمونه مدفوع باشد. اگر بیماری را زودتر تشخیص دهیم، می توانیم جان افراد را نجات دهیم و نیاز به روش های تهاجمی را کاهش دهیم. آینده غربالگری سرطان ممکن است در باکتری های روده ما نهفته باشد که منتظر رمزگشایی توسط هوش مصنوعی هستند.