آریا بانو - ایسنا / دانشمندان راهی را برای تشخیص سرطان روده بزرگ با دقت پیش‌بینی 84 درصد تنها با استفاده از یک نمونه مدفوع و هوش مصنوعی کشف کرده‌اند. در صورت تایید این روش، این آزمایش ساده می‌تواند نحوه غربالگری پزشکان برای دومین سرطان کشنده جهان را تغییر دهد.
سرطان روده بزرگ هر ساله نزدیک به یک میلیون نفر را می‌کشد. تشخیص زودهنگام می‌تواند نجات‌بخش باشد، با این حال کولونوسکوپی‌ها تهاجمی، پرهزینه و اغلب به دلیل ترس بیماران به تاخیر می‌افتند. یک آزمایش مبتنی بر مدفوع که به این سطوح تشخیص نزدیک شود، می‌تواند به طور چشمگیری میزان غربالگری را بهبود بخشد.
بازار 
این مطالعه جدید اولین مطالعه‌ای است که باکتری‌های روده انسان را در سطح زیرگونه‌ها نقشه‌برداری می‌کند. این وضوح بالاتر نشان می‌دهد که حتی تفاوت‌های ژنتیکی بسیار کوچک در گونه‌های باکتریایی مشابه می‌تواند یک سویه را بی‌ضرر کند، در حالی که سویه دیگر به رشد تومورها کمک می‌کند.
روشی جدید برای بررسی باکتری‌های روده
این تیم تحقیقاتی با تجزیه و تحلیل 225 هزار و 918 ژنوم از نمونه‌های روده انسان در سراسر جهان، یک کاتالوگ عظیم باکتریایی ایجاد کردند. آنها این ژنوم‌ها را در 5361 «واحد زیرگونه عملیاتی» (OSU) گروه‌بندی کردند که در تقریبا 1000 گونه پراکنده شده‌اند. زیرگونه‌ها گروه‌هایی از باکتری‌ها هستند که تقریبا یکسان به نظر می‌رسند، اما رفتار بسیار متفاوتی دارند.
مطالعات گذشته در مورد میکروبیوم، گونه‌ها را طوری در نظر می‌گرفتند که گویی همه اعضا رفتار یکسانی دارند. این تحقیق نشان داد که در حدود یک چهارم گونه‌ها، زیرگونه‌ها می‌توانند یا در برابر سرطان محافظت ایجاد کنند یا به رشد آن کمک کنند. برای مرتب‌سازی این موارد، تیم تحقیقاتی یک روش رایانه‌ای ساخت که مانند یک اسکنر اثر انگشت ژنتیکی عمل می‌کند و نشان می‌دهد کدام زیرگونه‌ها در نمونه مدفوع وجود دارند.
چگونه هوش مصنوعی غربالگری غیرتهاجمی سرطان روده بزرگ را بهبود می‌بخشد
دانشمندان سپس روش خود را روی نمونه‌های 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 گروه‌ها، این مدل حتی بهتر عمل کرد.
برای مقایسه، مدل‌های رایانه‌ای قبلی که از داده‌های سنتی گونه‌های باکتریایی استفاده می‌کردند، تنها به 79 درصد دست یافتند. رویکرد زیرگونه‌ها 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 زیرگونه‌های خواهر و برادر آن از همان گونه این ارتباط را نداشتند. 28 زیرگونه دیگر با وجود اینکه گونه‌های والد آنها هیچ علامتی نشان نمی‌دادند، با سرطان مرتبط بودند.
یک نمونه، باکتری به نام Fusobacterium animalis است. مدت‌هاست که این باکتری با سرطان روده بزرگ مرتبط دانسته می‌شود، اما مطالعه جدید نشان داد که تنها یکی از دو زیرگونه آن در واقع رشد تومور را تحریک می‌کند. بدون این سطح از جزئیات، تحقیقات قبلی تصویر مبهمی را ارائه می‌دادند.
با نگاهی عمیق‌تر، این تیم دریافت که ژن‌های عملکردی اغلب تفاوت‌های بین زیرگونه‌های مرتبط با سرطان و خنثی را توضیح می‌دهند. این تغییرات ژنتیکی می‌توانند نحوه تعامل باکتری‌ها 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 می‌شود، هنوز می‌تواند ویتامین B12 تولید کند. بقیه گونه‌ها این توانایی را از دست داده‌اند. 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 می‌یابد. این ارتباط نشان می‌دهد که حتی تغییرات ژنتیکی کوچک در باکتری‌های روده ممکن است در نحوه ایجاد سرطان نقش داشته باشند.
وقتی مدل‌های مبتنی بر زیرگونه‌ها به صورت رو در رو آزمایش شدند، هم از نظر دقت و هم از نظر تکرارپذیری در بین جمعیت‌ها، همواره از تحلیل‌های سطحی گونه بهتر عمل کردند. این قابلیت اطمینان برای غربالگری در دنیای واقعی ضروری است.
بیمارستان‌های دانشگاه ژنو اکنون در حال آماده‌سازی آزمایش‌هایی هستند تا ببینند این رویکرد چقدر در تشخیص سرطان‌های مراحل اولیه و پولیپ‌های پیش‌سرطانی خوب عمل می‌کند. اگر تجزیه و تحلیل زیرگونه‌های مبتنی بر مدفوع در کلینیک‌ها قابل اعتماد باشد، می‌تواند مکمل یا حتی جایگزین کولونوسکوپی برای غربالگری معمول شود.
برخلاف کولونوسکوپی، این آزمایش به تجهیزات خاص یا آماده‌سازی‌های ناراحت‌کننده نیاز ندارد. این آزمایش می‌تواند با رایانه‌های آزمایشگاهی معمولی و با کسری از هزینه انجام شود. این امر، آن را به طور خاص برای کشورها یا مناطقی که دسترسی به کولونوسکوپی در آنها محدود است، امیدوارکننده می‌کند.
رویکرد مبتنی بر زیرگونه همچنین در مقایسه با تحلیل در سطح گونه، تکرارپذیری بالاتری را در بین جمعیت‌های مختلف نشان داد. در حالی که برخی از زیرگونه‌های باکتریایی از نظر جغرافیایی متفاوت هستند، امضاهای اصلی مرتبط با سرطان در بین جمعیت‌های مختلف جهانی ثابت باقی مانده‌اند و از کاربردهای غربالگری جهانی پشتیبانی می‌کنند.
فهرست زیرگونه‌ها، درهایی را به سوی درک چگونگی تأثیر باکتری‌های روده بر سلامت انسان با جزئیات بی‌سابقه‌ای می‌گشاید. همین چارچوب تحلیلی می‌تواند به طور بالقوه سایر سرطان‌ها، بیماری‌های 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، می‌توانیم جان افراد را نجات دهیم و نیاز به روش‌های تهاجمی را کاهش دهیم. آینده غربالگری سرطان ممکن است در باکتری‌های روده ما نهفته باشد که منتظر رمزگشایی توسط هوش مصنوعی هستند.