Wissenschaftler haben eine Reihe von „Biomarkern“ entdeckt, die dazu beitragen könnten, die Erkennung und Behandlung von Magen-Darm-Erkrankungen (GIDs) wie Magenkrebs (GC), Dickdarmkrebs (CRC) und entzündlichen Darmerkrankungen (IBD) zu verbessern.
Forscher fanden heraus, dass bestimmte Darmbakterien und Stoffwechselprodukte mit den einzelnen Krankheiten in Zusammenhang stehen. Dies lässt darauf schließen, dass diese Biomarker bei der frühzeitigen und weniger invasiven Diagnose von GIDs helfen könnten, wobei einige Marker auf ein Risiko bei mehreren Krankheiten hinweisen.
Sie nutzten fortschrittliches maschinelles Lernen und KI-basierte Algorithmen, um Mikrobiom- und Metabolom-Datensätze von Patienten mit GC, CRC und IBD zu analysieren. Ihre krankheitsübergreifende Analyse ergab, dass mit GC-Daten trainierte Modelle IBD-Biomarker erfolgreich vorhersagen konnten, während CRC-Modelle GC-Biomarker mit hoher Genauigkeit vorhersagen konnten.
Das Forschungsteam der University of Birmingham Dubai (Teil des MSc-Programms Health Data Science ), der University of Birmingham, Birmingham, Großbritannien, und des University Hospitals Birmingham NHS Foundation Trust veröffentlichte seine Ergebnisse im Journal of Translational Medicine.
Der leitende Co-Autor Dr. Animesh Acharjee von der Universität Birmingham kommentierte: „Aktuelle Diagnosemethoden wie Endoskopie und Biopsien sind zwar wirksam, können aber invasiv und teuer sein und manchmal Krankheiten in frühen Stadien übersehen.
„Unsere Analyse bietet ein besseres Verständnis der zugrunde liegenden Mechanismen, die den Krankheitsverlauf vorantreiben, und identifiziert wichtige Biomarker für gezielte Therapien. Diese Biomarker könnten dazu beitragen, Krankheiten früher und genauer zu erkennen, was zu einer besseren, individuelleren Behandlung führt.“
Die Studie zeigt beispielsweise, dass Bakterien der Gruppen Firmicutes, Bacteroidetes und Actinobacteria in der Magenschleimhaut häufig vorkommen und Veränderungen bestimmter Metabolite wie Dihydrouracil und Taurin beobachtet wurden. Einige dieser Biomarker waren auch für CED relevant, was auf eine Überschneidung der beiden Erkrankungen hindeutet. Während diese Marker für die Erkennung von CED gut geeignet waren, erwiesen sie sich bei CRC als weniger effektiv.
Bei CRC waren Bakterien wie Fusobacterium und Enterococcus sowie Metabolite wie Isoleucin und Nicotinamid von Bedeutung – manchmal überlappten sie sich mit denen bei GC, was auf mögliche gemeinsame Wege bei der Krankheitsentstehung hindeutet.
Bei IBD spielten Bakterien aus der Familie der Lachnospiraceae sowie Metabolite wie Urobilin und Glycerat eine wichtige Rolle. Einige dieser Marker sind auch an der Entstehung von Krebs beteiligt, was zeigt, wie eng diese Erkrankungen miteinander verbunden sind.
Das Forschungsteam simulierte das mikrobielle Wachstum und den Stoffwechselfluss im Darm und deckte dabei erhebliche Stoffwechselunterschiede zwischen gesunden und kranken Menschen auf.
„Die krankheitsübergreifende Analyse unserer Studie hat das Potenzial der Verwendung mikrobieller und metabolischer Biomarker, die bei einer Magen-Darm-Erkrankung identifiziert wurden, zur Vorhersage einer anderen Erkrankung unterstrichen“, fügte Dr. Acharjee hinzu. „Dieser innovative Ansatz könnte zur Entwicklung universeller Diagnoseinstrumente führen, die die Diagnose und Behandlung zahlreicher Magen-Darm-Erkrankungen revolutionieren.“
Das Forschungsteam plant nun, die klinischen Anwendungen seiner Erkenntnisse weiter zu erforschen, darunter die Entwicklung nicht-invasiver Diagnosetests und zielgerichteter Therapien auf Basis der identifizierten Biomarker. Darüber hinaus wollen sie ihre Modelle an größeren, vielfältigen Patientenkohorten validieren und das Potenzial dieser Biomarker zur Vorhersage anderer verwandter Krankheiten untersuchen
