数十年来,癌症一直被认为是一种纯粹的人类疾病——失控增殖的异常细胞,画面中没有其他生物的空间。但越来越多的研究表明这种观点并不完全正确。事实证明,某些肿瘤会"携带伙伴":细菌、病毒和真菌群落生活在癌细胞表面、之间甚至内部。
问题在于,没人能完全确定哪些癌症确实拥有这种所谓的"微生物组",哪些没有。该领域一直被相互矛盾的主张、不同的研究方法所困扰,更严重的是,一项备受瞩目的研究结果因无法被重复而不得不撤稿。
自那以后,该领域一直没有明确的发展方向。每个研究小组都使用自己的方法和严格程度,也没有公认的基准来验证新发现。这很重要,因为利害关系重大。
如果微生物确实帮助某些癌症生长、抵抗治疗或扩散,它们可能会成为筛查和药物开发的新靶点。但追逐最终被证明是虚假的信号会浪费时间、金钱和宝贵的患者样本。
我们的团队决定使用世界上最大规模的癌症遗传数据集——包含超过16,000个肿瘤DNA的"英国基因组10万计划",来正确解决这个问题。我们构建了迄今为止最严格的分析流程,旨在消除我们能识别的每一处错误源,然后将其应用于整个数据集。
我们的最新研究发现,大多数癌症——包括脑癌、乳腺癌和肾癌——缺乏可与背景区分的微生物组。这表明早期在这些肿瘤中检测到微生物信号的研究可能受到了污染:来自实验室设备甚至处理样本的科学家的散落DNA。
但有些癌症情况不同。口腔、食道、胃和肠道的肿瘤显示出清晰、一致的微生物生命证据。而且不仅仅是细菌。我们在这些肿瘤中发现了病毒、真菌和古菌(与细菌相似但在基因上不同的生物)。
在某些情况下,我们检测到了滴虫——一种单细胞原生动物寄生虫。特定物种组合因癌症在消化道中的位置而异,并与癌症亚型和携带的基因突变数量等特征相关联。
区分真实微生物与污染
确定哪些微生物信号是真实的,哪些是实验室污染是项目中最困难的部分。对肿瘤进行测序意味着读取样本中每一条DNA链,包括人类和非人类的。
大多数癌症研究人员简单地忽略非人类部分。我们则采取了相反的做法。我们丢弃了人类DNA,将剩余的所有内容与已知微生物基因组匹配,以查看隐藏的内容。
然而,这种方法很快就会遇到问题。没有单一的、确定的人类基因组作为测量标准——每个人的DNA略有不同,甚至最好的参考基因组也有缺口。任何恰好类似于微生物DNA的残留人类序列都可能被错误标记为命中。
然后是微生物参考库本身的错误——有时错误的物种被编目,或者实验室技术人员皮肤的DNA混入样本中。无论实验室操作多么小心,肿瘤准备过程中的一些污染几乎不可避免。
我们逐一解决了这些问题。我们针对多个人类基因组版本进行严格过滤,剔除任何模棱两可或重复的内容。我们使用最新DNA匹配软件,对照精心整理的微生物数据库进行分析。
为捕捉污染,我们比较了哪些微生物在不同癌症类型中出现:在所有地方都出现的物种几乎肯定是在实验室中获取的,而仅限于一两种癌症类型的物种更可能是真实的。
果然,我们过滤掉的几个"嫌疑犯"是在每种癌症类型中都发现的常见皮肤细菌——可能来自处理样本的研究人员。
这种大规模、细致的过滤之所以可能,是因为英国基因组数据集的规模和质量。较小的研究根本没有足够的样本或分辨率来区分真实的生物模式与一次性污染事件。
我们现在已将数据作为可下载软件免费提供,并附上我们确信真实存在于这些肿瘤中的微生物物种列表,以便其他研究人员可以将其相同的严格方法应用于自己的数据。
希望这能为多年来的相互矛盾的主张画上句号。科学家可以将精力集中在证据最有力的领域。这意味着追踪口腔、喉咙、胃和肠道癌症中的这些微生物群落如何影响肿瘤的发展以及它们对治疗的反应。最终,这可能有助于更早地诊断和治疗这些癌症。
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