Mikrobiom-Signatur für Darmkrebs entdeckt

HEIDELBERG. Der vielleicht interessanteste Aspekt an der prominent in „Nature Medicine“ publizierten Arbeit zu einer charakteristischen Mikrobiom-Signatur für Darmkrebs ist die Möglichkeit, mit einem simplen Test ein hohes Darmkrebsrisiko zu erkennen und die Erkrankung somit vielleicht zu verhindern. Ob das möglich ist, müssten erst weitere Studien zeigen.

Forscher um Dr. Georg Zeller vom Europäischen Molekularbiologischen Labor (EMBL) in Heidelberg ist es aber immerhin gelungen, anhand der Bakterienzusammensetzung im Darm ähnlich präzise auf Darmkrebs zu schließen wie bei einem Test auf okkultes Blut im Stuhl (Nat Med 2019; 25: 679–689). Einige der für Darmkrebs typischen Bakterien scheinen zudem die Tumorentstehung zu begünstigen und deuten zugleich auf eine fett- und fleischreiche Ernährung.

Global gültige Signatur gesucht

Für ihre Analyse haben die Forscher Sequenzdaten von acht Mikrobiomanalysen ausgewertet. Die Proben kamen von insgesamt 768 Studienteilnehmern, rund die Hälfte hatte Darmkrebs. Alle Proben waren noch vor der Krebstherapie gesammelt worden und stammten von Teilnehmern aus Europa, den USA, China und Japan. Die einzelnen Studien hatten oft unklare oder widersprüchliche Resultate über einen Zusammenhang zwischen Mikrobiom und Darmtumoren geliefert. Dies lag nicht nur an unterschiedlichen Präparations- und Analysemethoden, sondern wohl auch an unterschiedlichen Patienten und möglicherweise an ethnischen Faktoren. Die Forscher um Zeller hofften eine global gültige Signatur zu finden, indem sie die studienspezifischen Unterschiede in einer Metaanalyse herausrechneten.

Sie nahmen zunächst vier veröffentlichte Studien mit Mikrobiom-Sequenzanalyse aus Europa, den USA und China sowie ein noch nicht publiziertes Datenset aus Deutschland. Anhand der genetischen Sequenzdaten suchten sie nach Keimen, die gehäuft bei Darmkrebskranken, selten jedoch bei Darmgesunden zu finden sind.

Dabei berücksichtigten sie bekannte Begleitfaktoren der Teilnehmer wie Alter, Geschlecht, BMI, Tabakkonsum und Ernährung ebenso wie Unterschiede beim Studiendesign und den Analysemethoden. Schließlich fanden sie 29 Bakteriengattungen, deren Prävalenz sich bei Gesunden und Erkrankten deutlich unterschied, darunter auch viele, die schon zuvor mit Darmkrebs assoziiert wurden, etwa Fusobacterium, Porphyromonas, Parvimonas, Peptostreptococcus, Gemella, Prevotella und Solobacterium.

Vier charakteristische Cluster

Diese traten jedoch nicht alle zugleich gehäuft bei Darmkrebskranken auf, vielmehr konnten die Forscher vier Cluster identifizieren: Eines bestand ausschließlich aus Porphyromonas-Arten – dieses wurde vor allem bei Patienten mit Rektalkarzinomen gefunden. Ein weiteres Cluster enthielt nur Clostridien und trat vor allem unter Frauen auf, die anderen beiden Cluster waren taxonomisch heterogener.

Einen Zusammenhang von bestimmten Mikroben und Tumorstadium konnten die Forscher nicht erkennen, was darauf deutet, dass sich die Mikrobiomkomposition im Laufe der Erkrankung kaum ändert – und die typischen Abweichungen vielleicht schon deutlich vor dem Beginn der Erkrankung zu finden sind.

Genauigkeit von 80 Prozent

Als nächstes schauten die Wissenschaftler, wie gut sich die Ergebnisse für einen Darmkrebstest nutzen lassen. Sie fanden 17 Leitkeime, welche die Unterschiede zu über 80 Prozent abbildeten. Damit kamen sie zu einer Genauigkeit (AUC-Wert) von über 80 Prozent . Diesen Wert konnten sie bestätigen, indem sie die Testparameter auf die übrigen drei Studien anwandten. Die Mikrobiomanalyse kann Darmtumoren damit wohl ähnlich gut vorhersagen wie ein Hämoccult-Test.

Die genetischen Informationen lieferten jedoch auch Hinweise zum Stoffwechsel der Darmbakterien. Danach scheinen bei Darmkrebskranken gehäuft Keime vorzukommen, die Aminosäuren und Fettsäuren abbauen, kaum hingegen solche, die komplexe Kohlenhydrate verstoffwechseln. Dies deutet auf eine besonders fleisch- und fettreiche sowie ballaststoffarme Ernährung bei Darmkrebskranken und steht im Einklang mit bekannten Risikofaktoren.

Zusätzlich fanden sie bei Patienten mit Kolorektalkarzinom gehäuft Gene für Bakterientoxine, die als Karzinogene gelten, dazu zählen etwa Fusobacterium- und E.-coli-Toxine. Hochspezifisch tauchte vor allem das bai-Operon auf. Dieses benötigen Bakterien zur Synthese von sekundären Gallensäuren über eine 7-alpha-Dehydroxylierung. Dabei entstehen auch hochgradig lebertoxische Substanzen, die mit Lebertumoren assoziiert sind und für die ebenfalls eine Bedeutung bei der Darmkrebsentstehung angenommen wird.

Nach diesen Daten könnte also eine ungesunde Ernährung mit viel Fleisch, Fett und wenig Ballaststoffen die Mikrobiomzusammensetzung ändern und dabei ein Darmmilieu schaffen, welches Tumoren begünstigt. Ein Test, der solche Veränderungen aufdeckt, wäre vielleicht in der Lage, gefährdete Personen früh aufzuspüren.