Новый способ обнаружения рака: ИИ ставит диагноз по ДНК микроорганизмов из крови
Ранее обнаружение рака дает возможность вылечить пациента до того, как болезнь станет слишком тяжелой. Чаще всего раковые заболевания связаны с человеческим геномом. Но, как оказалось, генетика — еще не все, различные виды микроорганизмов способствуют развитию рака.
Вернее, препятствуют лечению. Правда, пока что неясно, какие именно микроорганизмы и как способствуют развитию разных типов рака. Этот вопрос, скорее всего, будут изучать в ближайшем будущем. Но зато можно с уверенностью сказать, какие микроорганизмы процветают при разных видах рака. Соответственно, ДНК этих микроорганизмов может служить маркером рака.
Ученые создали библиотеку ДНК микроорганизмов, обработав огромное количество результатов анализов пациентов онкологии, а затем выделили те из них, которые специфичны для разных типов опухолей. По мнению авторов идеи, указанная зависимость позволяет создать универсальный метод диагностики рака на ранних стадиях.
Кроме специалистов, которые заняты в этом проекте, вопросом раннего обнаружения рака занимаются многие ученые. Так, вскоре может появиться ряд тестов, выявляющих опухоли по образцу крови. Маркером здесь как раз и служат специфические белки или мутантная ДНК.
Уровень развития современных технологий дает возможность исключить из анализа следы, которые могли быть оставлены учеными.
Для того, чтобы разработать надежный тест, группа ученых под руководством Грегори Пура из Калифорнийского университета в Сан-Диего проанализировала свыше 18 тысяч образцов. Биоматериал был взят у пациентов с 33 типами опухолей. Далее ученые воспользовались Атласом ракового геномам для выявления чужеродных ДНК и РНК. При этом авторы методики научились исключать материал, попавший в образец случайно.
После этого ученые воспользовались методом, который называется стохастический градиентный бустинг. Он должен был отличать образцы с опухолями и образцы без рака. Первую базу специалисты классифицировали по типам рака. Для того, чтобы проверить результат, выборку разделили на две части, обучив алгоритм для каждой из них по отдельности, после чего применили полученные модели к другой половине данных.
И уже после этого были отобраны образцы лишь у пациентов с первой и второй стадиями рака. Далее специально разработанное ПО было обучено на результатах анализа образцов.
Завершающая стадия проекта — проверка корректности работы алгоритма «в поле». Для этого ученые взяли анализы крови у 69 заведомо здоровых людей, а также 100 пациентов на третьей или четвертой стадии, секвенировав плазменную внеклеточную ДНК. К полученным образцам микробной ДНК применили алгоритм, о котором говорилось выше.
«Почти все предыдущие исследования рака предполагали, что опухоли являются стерильной средой, и игнорировали сложное взаимодействие раковых клеток с вирусами, бактериями и другими микроорганизмами, которые живут в наших телах и на них, — объясняет в пресс-релизе профессор Роб Найт (Rob Knight) из Калифорнийского университета в Сан-Диего. — Количество микробных генов в нашем организме значительно превосходит количество человеческих генов, поэтому неудивительно, что они дают важные подсказки о нашем здоровье».
Методика показала себя с лучшей стороны — она позволила определять тип опухоли на любой стадии. Точность метода составляет около 90%. Речь идет о точности диагностики вида рака, ложно-позитивных результатов для здоровых людей не было. В 81% случаев технология дала возможность отличить образцы добровольцев с раком легких и раком простаты.
В ближайшем будущем ученые планируют выяснить, как именно микроорганизмы, которые использовались при анализе, связаны с развитием рака. Кроме того, непонятно, где они находятся — в опухоли, соединительной ткани или иммунных клетках.
