Jurutera kimia Stephanie Culler hanya berumur 13 tahun ketika kedua neneknya meninggal akibat kanser dalam tempoh enam bulan antara satu sama lain. Menghadapi kekejaman penyakit yang kejam adalah sukar bagi mana-mana remaja muda, tetapi Culler lebih keliru dengan poster American Cancer Society di peti sejuk ibu bapanya.
"Pilihan makanan yang baik ini boleh membantu melindungi anda daripada kanser tertentu, " baca teks poster yang mengiringi 30 buah gambar dan sayur-sayuran yang indah.
Tetapi nenek Culler, yang mempunyai kanser paru-paru dan kanser kolon yang lain, sudah makan kebanyakan makanan tersebut. Malah, neneknya, seorang imigran dari Iran, menempa masakan tradisional Parsi masakan cincang, sayuran panggang dan buah delima yang akan menyaingi mana-mana makanan Amerika dengan kemuliaan anti oksidan. Dietnya juga termasuk makanan ternakan usus seperti yogurt buatan sendiri dan sayur-sayuran jeruk. Setakat yang Culler dapat memberitahu pada masa itu, neneknya sepatutnya diselamatkan.
Poster di peti sejuk keluarga Culler, dan pautan yang dicadangkan antara diet dan kanser, akhirnya akan membawanya ke makmal di bahagian startup Johnson & Johnson JLABS di mana ia secara genetik menyusun sampel tahi. Culler dan penyelidik onkologi lain berharap untuk menjawab salah satu soalan yang paling mendesak dalam penyelidikan kanser semasa: Adakah kualiti dan kepelbagaian bakteria usus manusia menentukan sama ada orang akan berjaya bertindak balas terhadap rawatan kanser?
"Apabila kita melihat najis dari pesakit kanser payudara dan paru-paru, kita mendapati bakteria penting telah hilang dari mikrob, " kata Culler. Ketiadaan mikrob usus tertentu, kebanyakannya bakteria Firmicutes, dapat menjelaskan mengapa inhibitor pemeriksaan imun - dadah yang menyekat protein yang mesra kanser dan membantu memudahkan tindak balas sistem imun terhadap sel-sel kanser-tidak boleh berfungsi pada sesetengah pesakit. "Kami percaya bahawa bakteria itu penting bagi sistem imun untuk dapat bertindak balas terhadap ubat-ubatan itu, " kata Culler.
Bersama dengan seorang jurutera kimia yang lain, Steve Van Dien, Culler membentuk Persephone Biome pada musim panas tahun 2017 untuk mengkaji hubungan antara bakteria dan kanser usus. Dinamakan untuk Persephone, dewi vegetarian Greek yang muncul pada musim bunga dan turun kembali ke dunia bawah selepas waktu panen, syarikat Culler sedang menyiapkan ujian klinikal yang akan menguji mikrob usus khusus untuk melihat apakah mereka meningkatkan fungsi inhibitor pemeriksaan di payudara dan pesakit kanser paru-paru bukan sel kecil. (Produk kedua akan memberi tumpuan kepada terapi sel CAR-T, yang menggunakan sel-sel imun pesakit sendiri yang telah direkayasa secara genetik untuk merawat kanser mereka.)
"Matlamat kami adalah untuk mewujudkan terapeutik untuk menukar bukan responden kepada responden, " kata Culler, merujuk kepada pesakit yang melakukan atau tidak bertindak balas terhadap perencat pemeriksaan. Syarikatnya berharap untuk jurutera campuran bakteria terpilih yang boleh diambil dalam bentuk pil untuk menyembuhkan mikrobiom pesakit, yang boleh rosak oleh antibiotik dan diet yang buruk, seperti yang dibincangkan baru-baru ini dalam ceramah di TEDx San Diego.
"Walaupun orang yang sihat mungkin kehilangan mikroba usus, tetapi pesakit kanser dan orang yang mempunyai sistem imun yang berkompromi lebih cenderung kehilangan mereka, " kata Culler. "Kami mahu memberikannya kembali."
Walaupun sekurang-kurangnya 70 peratus sel-sel imun dipercayai tinggal di usus yang sering disebut sebagai "otak kedua" - ahli sains tidak menjadi sangat berminat dengan microbiome manusia hingga tahun 2005. Satu kertas yang diterbitkan pada tahun itu mencadangkan bahawa tikus obes mempunyai bakteria usus daripada tikus nipis. Sejak itu, para penyelidik telah meneroka idea untuk menukar bakteria usus manusia dan bahkan telah menggunakan transplantasi mikrobiota fecal (sering disebut "pil kotoran, " walaupun mereka biasanya diberikan sebagai cecair) untuk berjaya merawat orang-orang yang menderita penyakit usus radang . (Walau bagaimanapun, mereka belum lagi membangunkan suplemen penurunan berat badan dengan memindahkan bakteria orang-orang yang mengurangkan kosmetik kepada keberanian orang ramai.)
Sepanjang dekad yang lalu, ada penyelidikan yang menggembirakan meneroka peranan mikrobiotik dalam segala-galanya daripada kemurungan kepada autisme kepada penyakit Parkinson. Mempelajari microbiome dapat membantu menentukan pesakit mana yang mungkin merespon ubat sakit dan jantung yang berbeza, menurut Rob Knight, pengasas pengasas Pusat Inovasi Mikrobiologi di University of California San Diego. "Kami amat berminat dalam hubungan antara makanan, ubat-ubatan dan mikrobiotik usus, " kata Knight, yang juga membentuk Projek Gut Amerika, usaha sains warga negara yang telah mengumpul sampel tahi dari lebih 11, 300 peserta di 42 negara.
Walaupun hubungan antara bakteria dan kesihatan usus menjadi semakin jelas, saintis telah berjuang untuk berjaya memanipulasi microbiome sebagai satu bentuk rawatan. "Kami tahu lebih banyak tentang bagaimana microbiome mempengaruhi penyakit kronik, " kata Knight, "tetapi apa yang belum kita ketahui ialah bagaimana mengubah mikrobiotik anda ke arah yang tertentu." (Para penyelidik bersetuju bahawa probiotik tidak ' t anugerah orang lain menganggap mereka.)
Tahun lepas, tiga kertas penyelidikan yang diterbitkan dalam Sains menggegarkan bidang kanser dengan menunjukkan bahawa mungkin untuk memanipulasi microbiome untuk menjejaskan tindak balas rawatan. Dalam satu siri percubaan interspesies "manusia-bertemu-tikus", sebuah pasukan Perancis memindahkan bakteria usus manusia ke dalam tikus dari kedua-dua pesakit kanser yang berjaya dirawat dan pesakit yang tidak bertindak balas terhadap perencat pemeriksaan. Dua minggu selepas bakteria baru diperkenalkan kepada keberanian tikus, para penyelidik menyuntikkan sel-sel kanser dan periksa pemeriksaan setiap tiga hari selama dua minggu lagi. Ubat-ubatan ini berfungsi untuk mengurangkan tumor pada tikus yang telah menerima bakteria manusia daripada pesakit kanser yang berjaya dirawat, manakala ubat-ubatan tidak berkesan pada tikus yang menerima bakteria dari manusia yang tidak merawat rawatan.
Pasukan dari University of Chicago dan University of Texas MD Anderson Cancer Center di Houston telah menjalankan eksperimen serupa menggunakan mikrob usus daripada pesakit melanoma metastatik yang bertindak balas dengan baik kepada perencat pemeriksaan. Tikus-tikus juga bertambah baik. "Kami pada dasarnya meletakkan sedikit tiub ke dalam esofagus tikus dan dimasukkan ke dalam sampel kotoran. Ia membentuk semula usus tikus sehingga kini terkandung mikroba dari pesakit, "kata Deepak Gopalakrishnan, seorang penyelidik pasca doktoral dan penulis utama kajian MD Anderson.
Langkah seterusnya adalah ujian klinikal dengan manusia. Pasukan MD Anderson sedang mengkaji kemungkinan memberikan pesakit bakteria usus yang hilang dalam bentuk spora (yang tidak perlu dibekukan seperti bahan tahi) dari penderma dengan mikrobiom yang baik. Satu lagi lekapan percubaan akan menguji pil kotoran yang terbuat dari bakteria kanser yang hilang yang tumor hilang selepas mengambil inhibitor pemeriksaan. Dan para penyelidik juga menjejaki gaya hidup pesakit, termasuk pengambilan produk dan serat, untuk menghubungkan titik-titik antara kadar tindak balas dadah kanser, kepelbagaian usus dan diet.
"Kami tahu bahawa masalah pemakanan, tetapi semua orang ingin tahu apa sos rahsia untuk mengubah mikrobiotik untuk bertindak balas dengan lebih baik terhadap rawatan kanser, " kata Jennifer Wargo, seorang profesor pembedahan dan ubat genom di University of Texas yang bersama-sama menulis kajian saintifik microbiome bulan lepas. "Kami tidak tahu lagi."
Tidak juga Culler, yang masih tertanya-tanya kenapa neneknya tidak bertindak balas terhadap rawatan kemoterapi yang terdapat pada pertengahan 1990-an. Namun, dia berharap alat penjujukan genetik yang sama yang memungkinkan untuk mengamati strain bakteria dan kotoran kajian kami juga akan memberikan cara untuk mendiagnosis tumor yang lebih baik dan memilih rawatan yang betul.
Sementara itu, Culler bergabung dengan paduan penyelidik yang cuba memberi perhatian kepada halangan terbesar dalam penyelidikan mereka: kekurangan sampel najis. Para saintis memerlukan sumbangan daripada pesakit kanser, mangsa kanser, orang yang mempunyai riwayat kanser dan semua orang lain. "Saya selalu terkejut mengapa ia sukar untuk mendapatkan sampel, " kata Culler. "Orang berfikir ia adalah kotor dan malu. Tetapi saya bersyukur kerana penerimaan kebudayaan emoji kotoran untuk memusnahkannya. "
Culler melancarkan "Poop for the Cure, " sebuah projek penyelidikan yang menawarkan kad hadiah $ 50 Visa untuk sampel. "Mudah-mudahan akan ada hari ketika mengumpulkan bangku akan menjadi rutin seperti mengumpul darah. Sehingga itu, kita memerlukan semua orang untuk membantu. "
