Střevní mikrobiota a kolorektální karcinom

Transkript

33. Český a Slovenský gastroenterologický kongres
Střevní mikrobiota a kolorektální karcinom
Darina Kohoutová
II. interní gastroenterologická klinika
Lékařská fakulta UK a Fakultní nemocnice Hradec Králové
Imperial NHS Trust, Hammersmith Hospital, Londýn
Kolorektální karcinom (CRC):
Celosvětově:
• incidence: 1,36 mil
• mortalita 694 tis. (1)
ČR:
• incidence: 78
• mortalita: 38 (2)
(1) Ferlay J et al. Cancer incidence and mortality worldwide: sources, methods and major patterns in GLOBOCAN 2012. Int J
Cancer 2015; 136: E359-86.
(2) Epidemiologie zhoubných nádorů v České Republice. ISSN 1802-8861. www. svod.cz.
Kolorektální karcinom (CRC):
Sporadický kolorektální karcinom - obvyklá sekvence vývoje:
nepokročilý kolorektální adenom (CRA) - pokročilý CRA - CRC
Střevní mikrobiota:
• „forgotten organ“ (1)
• u lidského jedince: 100 triliónů intestinálních mikrobiot (2)
• u dospělého člověka: přes 800 druhů intestinálních bakterií (3)
•
anaerobních bakterií 10x více než aerobních (4)
•
kultivace úspěšná v 20 % (16S rRNA metody, MALDI-TOF)
(1) Scaldaferri F et al. Gut microbial flora, prebiotics, and probiotics in IBD: their current usage and utility. Biomed Res Int 2013; 2013:
435268.
(2) Ohtani N. Microbiome and cancer. Semin Immunopathol 2015; 37: 65-72.
(3) O´Keefe SJ. Nutrition and colonic health: the cricital role of the microbiota. Cur Opin Gastroenterol 2008; 24: 51-58.
(4) Mai V et al. Colonic bacterial flora: changing understandings in the molecular age. J Nutr 2004; 134: 459-464.
Účast střevního mikrobiomu na karcinogenezi v kolorektu (1):
• aktivace prokarcinogenů
• syntéza karcinogenních a genotoxických látek z nestravitelných součástí
potravy
• aktivace enzymatických systémů střevních bakterií
• betaglukuronidasa; její aktivita zvýšena u pacientů s CRC,
a u osob s dietou bohatou na červené maso a živočišné tuky (ferment.
vláknina aktivitu snižuje) (1, 2, 3)
(1) Kohoutová D et al. Střevní mikrobiota u idiopatických střevních zánětů a kolorektálních neoplázií. Praha: Nucleus HK, 2013,
128 stran, ISBN 978-80-87009-97-0.
(2) Kim DH et al. Intestinal bacterial beta-glucuronidase activity of patients with colon cancer. Arch Pharm Res 2001; 24: 564-67.
(3) Waszkiewicz N et al. Serum β-glucuronidase as a potential colon cancer marker: a preliminary study. Postepy Hig Med Dosw
2015; 69: 436-9.
Účast střevního mikrobiomu na karcinogenezi v kolorektu (2):
• ovlivnění metabolismu žlučových kyselin:
• 7-alfa-dehydroxylace: transformace primárních žlučových kyselin
na sekundární; aktivita 7-alfa-dehydroxylasy zvýšena u osob
s vysokotučnou stravou (1, 2)
• přítomnost mutagenních a genotoxických substancí bakteriálního
původu ve stolici člověka (3)
(1) Kohoutová D et al. Střevní mikrobiota u idiopatických střevních zánětů a kolorektálních neoplázií. Praha: Nucleus HK, 2013, 128
stran, ISBN 978-80-87009-97-0.
(2) Ridlon JM et al. Bile salt biotransformations by human intestinal bacteria. J Lipid Res 2006; 47: 241-59.
(3) Heavey PM et al. Microbial-gut interactions in health and disease. Gastrointestinal cancer. Best Pract Res Clin Gastroenterol
2004; 18: 323-336.
Účast intestinálních bakterií na karcinogenezi v kolorektu:
•
•
•
•
Streptococcus bovis (indukce tvorby aberantních kolonických krypt) (1)
Clostridium lecitinasa negativní (přeměna prim. žluč. kyselin na sekundární) (2)
Clostridium septicum (latentní malignity až v 81 %) (2)
Enterococcus faecalis (3), Bacteroides fragilis (4), intraepiteliální E. coli
x Eubacterium aerofaciens, Eubacterium lentum (2)
(1) Ellmerich S. Promotion of intestinal carcinogenesis by Streptococcus bovis. Carcinogenesis 2000; 21: 753-56.
(2) Kohoutová D et al. Střevní mikrobiota u idiopatických střevních zánětů a kolorektálních neoplázií. Praha: Nucleus HK, 2013, 128 stran,
ISBN 978-80-87009-97-0.
(3) Wang X et al. Extracellular superoxide production by Enterococcus faecalis promotes chromosomal instability in mammalian cells.
Gastroenterology 2007; 132: 551-561.
(4) Viljoen KS et al. Quantitative profiling of colorectal cancer-associated bacteria reveals associations between fusobacterium spp.,
enterotoxigenic Bacteroides fragilis (ETBF) and clinicopathological features of colorectal cancer. PLoS One 2015; 10: e0119462
Escherichia coli (čeleď Enterobacteriaceae):
•
•
gramnegativní fakultativně anaerobní bakterie (1)
objevena 1885: Thomas Escherich (2)
(1) Friedman HC. Escherich and Escherichia. Ecosal Plus 2014; 6: ESP-0025-2013.
(2) Shulman ST et al. Theodor Escherich: the first pediatric infectious diseases physician? Clin Infect Dis 2007; 45: 1025-1029.
Escherichia coli species
Kmeny: komenzální
intestinálně patogenní
extraintestinálně patogenní (1)
v rámci každé skupiny existuje fylogenetická diverzita E. coli (1)
• genotyp A, B1 (komenzální kmeny)
• genotyp B2, D (patogenní kmeny s více virul. faktory) (2)
(1) Russo TA et al. Proposal for a new inclusive designation for extraintestinal pathogenic isolates of Escherichia coli: ExPEC.
J Infect Dis 2000; 181: 1753-1754.
(2) Lee S at al. Phylogenetic groups and virulence factors in pathogenic and commensal strains of Escherichia coli and their
association with blaCTX-M. Ann Clin Lab Sci 2010; 40: 361-367.
Escherichia coli, genotyp B2, Klebsiella pneumoniae:
• v sobě skrývají “pks island“, který kóduje produkci neribozomálně
syntetizovaného genotoxinu, kolibaktinu (1, 2)
• krátká a jednorázová aplikace savčích epiteliálních buněk “pks“
pozitivním kmenům E. coli vede ke zlomům dvouvláknové DNA,
inkompletním reparacím DNA a chromozomálním aberacím (3)
(1) Nowrouzian FL et al. Escherichia coli strains with the capacity for long-term persistence in the bowel microbiota carry the
potentially genotoxic pks island. Microb Pathog 2012, 53: 180-2.
(2) Putze J et al. Genetic structure and distribution of the colibactin genomic island among members of the family Enterobacteriaceae.
Infect Immun 2009; 77: 4696-703.
(3) Cuevas Ramos G et al. Escherichia coli induces DNA damage in vivo and triggers genomic instability in mammalian cells. Proc Natl
Acad Sci U S A 2010, 107: 11537-42.
Protiporinové / anti-porinové protilátky
(anti-outer membrane protein C, anti-OmpC antibodies):
• namířeny proti proteinům (porinům), které jsou obsaženy ve vnější
membráně gramnegativních bakterií (1)
• poriny slouží k tvorbě kanálů umožňujících vstup hydrofilních substancí
(nutrientů) do buňky; jsou významně antigenní (2)
(1) Nikaido H. Molecular basis of bacterial outer membrane permeability revisited. Microbiol Mol Biol Rev 2003; 67: 593-656.
(2) Schulz GE. The structure of bacterial outer membrane proteins. Biochim Biophys Acta 2002; 1565: 308-317.
(3) Ferenci T et al. How Porin Heterogeneity and Trade-Offs Affect the Antibiotic Susceptibility of Gram-Negative Bacteria. Genes
(Basel) 2015; 6: 1113-24.
Prospektivní studie: stanovení anti-OmpC protilátek
Skupiny vyšetřovaných:
• pacienti s kolorektálním adenomem (CRA): 22 osob
• pacienti s kolorektálním karcinomem (CRC): 11 osob
• skupina kontrol: 45 zdravých dárců krve
Hypotéza: anti-OmpC protilátky zvýšeny u pacientů s CRC
Metodika: odběr 5 ml srážlivé krve; metoda ELISA (třída IgA)
Výsledky: medián a interkvartilové rozpětí anti-OmpC protilátek
u zdravých osob, jedinců s CRA a CRC. Prokázán statisticky významný
rozdíl mezi kontrolami a pacienty s CRC: p<0,001
Závěry:
při zohlednění vlastností
E. coli a dalších gramnegativních bakterií z čeledi
Enterobacteriaceae
je jejich spoluúčast na vývoji
CRC vysoce suspektní
Prospektivní studie:
stanovení bakteriocinogenie a genotypů Escherichia coli:
Vyšetřované skupiny jedinců:
• pacienti s kolorektálním adenomem, CRA (30 osob)
• pacienti s kolorektálním karcinomem, CRC (30 osob)
• kontrolní skupina (20 osob)
Prospektivní studie:
stanovení bakteriocinogenie a genotypů Escherichia coli:
Metodika:
• bioptický odběr sliznice tlustého střeva sterilními kleštěmi při koloskopii
(3 etáže: 240 biopsií)
• kultivace (FNHK); krevní, desoxycholátový, McConkeyův agar: 622 izolátů,
CRC: 250, CRA: 221, kontroly: 151; následovalo zamrazení (-80°)
• stanovení bakteriocinogenie a genotypů Escherichia coli (LF MU Brno)
Metodika:
bioptické odběry v céku,
c. transversum a rektu
Bakteriociny:
• peptidy / nízkomolekulární proteiny produkované bakteriemi
z čeledi Enterobacteriaceae, především Escherichia coli (1,2)
• koliciny, mikrociny, pyociny, pediociny
• účinek: antibakteriální, probiotický, proapoptotický
(1) Bureš J et al. Kolicinogenie u nespecifických střevních zánětů a kolorektální rakoviny. Suppl Sbor věd Prací LF UK Hradec Králové
1991; 34: 353-403.
(2) Cascales E et al. Colicin Biology. Microbiol Mol Biol Rev 2007; 71: 158-229.
(3) Cavera VL et al. Bacteriocins and their position in the next wave of conventional antibiotics. Int J Antimicrob Agents 2015;
S0924-8579(15)00279-4.
(4) Joo NE et al. Nisin, an apoptogenic bacteriocin and food preservative, attenuates HNSCC tumorigenesis via CHAC1. Cancer Med
2012; 1(3): 295-305.
Struktura kolicinů:
centrální doména: vazba
kolicinu na receptor
cílové buňky
N-terminální doména:
translokace membránou
C- terminální doména:
cytotoxické působení (1, 2)
(1) Cascales E et al. Colicin Biology. Microbiol Mol Biol Rev 2007; 71: 158-229.
(2) Kim YC et al. Colicin import into E. coli cells: a model system for insights into the import mechanisms of bacteriocins. Biochim
Biophys Acta 2014; 1843: 1717-31.
Bakteriocinogenotypizace:
Soubor pacientů s kolorektálním adenomem (1):
Nalezen statisticky významný rozdíl v bakteriocinogenii mezi pacienty s nepokročilou
(non-advanced: N-A) a pokročilou (advanced: A) kolorektální neoplázií (p=0,010) (1)
(1) Kohoutova D et al. Contribution of large intestinal microbiota and bacteriocins to the development of colorectal neoplasia.
Poster: UEGW 2013.
Soubor pacientů s kolorektálním adenomem (2):
Nalezen trend ke statisticky významné
diferenci v četnosti výskytu genotypu
B2 Escherichia coli mezi pacienty
s nepokročilou (non-advanced: N-A)
a pokročilou (advanced: A)
kolorektální neoplázií (p=0,054) (1)
(1) Kohoutova D et al. Contribution of large intestinal microbiota and bacteriocins to the development of colorectal neoplasia.
Poster: UEGW 2013.
Soubor pacientů s kolorektálním karcinomem (1):
Zjištěna statisticky
významně vyšší
simultánní mikrocinogenie
a kolicinogenie u pacientů
s CRC ve srovnání
s pacienty s CRA
(p=0.031) (1)
(1) Kohoutova D et al. Escherichia coli strains of phylogenetic group B2 and D and bacteriocin production are associated with advanced
colorectal neoplasia. BMC Infect Dis 2014; 14: 733
Staging
I
II
III
IV
bakteriocinogenní kmeny
6/12 (50 %)
10/12 (83 %)
26/38 (68 %)
6/6 (100 %)
kolicinogenní kmeny
3/12 (25 %)
4/12 (33 %)
20/38 (53 %)
4/6 (67 %)
mikrocinogenní kmeny
5/12 (42 %)
8/12 (67 %)
24/38 (63 %)
6/6 (100 %)
kmeny produkující kolicin a mikrocin
2/12 (17 %)
2/12 (17 %)
18/38 (47 %)
4/6 (67 %)
Zjištěn trend ke stoupající bakteriocinogenii v závislosti na rostoucím stagingu CRC.
Nalezena statisticky významná diference v mikrocinogenii mezi I. a IV. stadiem (p=0,038) (1)
(1) Kohoutová D et al. Střevní mikrobiota u idiopatických střevních zánětů a kolorektálních neoplázií. Praha: Nucleus HK, 2013, 128 stran,
ISBN 978-80-87009-97-0.
Nalezen statisticky
významně vyšší výskyt
Escherichia coli genotyp
D u pacientů s CRC
ve srovnání s kontrolami
(p=0.044) (1)
(1) Kohoutova D et al. Escherichia coli strains of phylogenetic group B2 and D and bacteriocin production are associated with advanced
colorectal neoplasia. BMC Infect Dis 2014; 14: 733
Střevní mikrobiom u pacientů s pravostranným CRC (1):
Ve všech biopsiích pacientů s pravostranným CRC izolována E. coli
genotypu B2 nebo D (1)
Pravostranný CRC
Levostranný CRC
(1) Kohoutova D et al. Escherichia coli strains of phylogenetic group B2 and D and bacteriocin production are associated
with advanced colorectal neoplasia. BMC Infect Dis 2014; 14: 733
Střevní mikrobiom u pacientů s pravostranným CRC (2):
Nalezena statisticky významná
diference v četnosti výskytu
genotypu B2 Escherichia coli
mezi pacienty s pravostranným
CRC a levostranným CRC
(p=0,028) (1)
(1) Kohoutova D et al. Association of Right-Sided Colorectal Cancer and Ulcerative Colitis With Escherichia coli Strains of Phylogenetic
Group B2, Which Harbour Genotoxic “PKS” Island. Gastroenterology 2014; 146: S-568.
Závěry:
• střevní mikrobiota se spolu se svými působky účastní vývoje
kolorektálního adenomu a karcinomu
• s pokročilostí kolorektální neoplázie a s rostoucím stagingem
kolorektálního karcinomu stoupá bakteriocinogenie
• s pokročilostí kolorektální neoplázie roste virulence bakterií
• vlastnosti střevních mikrobiot u pacientů s pravostranným
a levostranným kolorektálním karcinomem se liší
Literární výstupy:
Monografie:
• Kohoutová D et al. Střevní mikrobiota u idiopatických střevních zánětů a kolorektálních neoplázií. Praha: Nucleus
HK, 2013, 128 stran, ISBN 978-80-87009-97-0.
Články (originální a přehledové práce):
• Kohoutova D et al. Escherichia coli strains of phylogenetic group B2 and D and bacteriocin production are
associated with advanced colorectal neoplasia. BMC Infect Dis 2014; 14: 733.
• Kohoutova D et al. Anti-Outer membrane protein C antibodies in colorectal neoplasia. Revised version under
review at Folia Microbiologica.
• Kohoutova D et al. Střevní mikrobiota a kolorektální karcinom. Interni Med 2013; 15: 167-169.
• Kohoutová D et al. Koliciny. Gastroenterológia pre prax 2014; 13: 130-133.
Postery (UEGW, DDW):
• Kohoutova D et al. Contribution of large intestinal microbiota and bacteriocins to the development of colorectal
neoplasia. Poster: UEGW 2013.
• Kohoutova D et al. Association of Right-Sided Colorectal Cancer and Ulcerative Colitis With Escherichia coli Strains
of Phylogenetic Group B2, Which Harbour Genotoxic “PKS” Island. Gastroenterology 2014; 146(5): S-568.
Poděkování:
• II. interní gastroenterologická klinika LF a FN Hradec Králové
prof. MUDr. J. Bureš, CSc., MUDr. J. Cyrany, Ph.D., MUDr. P. Morávková
• Ústav klinické mikrobiologie LF a FN Hradec Králové
(†) prim. MUDr. M. Förstl, MUDr. M. Morávková
• Ústav biologie, LF MU Brno
prof. MUDr. D. Šmajs, Ph.D.

Střevní mikrobiota a kolorektální karcinom

Transkript

Podobné dokumenty

sylabus

Etapa 3 - Česká technologická platforma rostlinných biotechnologií

UNICORN COLLEGE Katedra ekonomiky a managementu

1. Určovací veličiny pracovní látky 2. Stavová rovnice, plynová

zde - Polární výzkum na MU