Microbiota e colorectal cancer: a preliminary study in Portuguese patients

Abstract

The colorectal cancer (CRC) is the third deadly cancer in the world, and in the last years its incidence rate has been increasing in Portugal. Given the relevance of the symbiosis between the intestinal microbiota and the host for body homeostasis, many studies have been focusing on the analysis of the microbiota associated with health and disease scenarios, namely with CRC. It is increasingly more important to know the microbial community associated with CRC, once it can be exploited as a tool for different clinical applications against CRC. As such, the present study intended to perform a preliminary characterization of the non-cultivable and cultivable bacterial community isolated from tumoral (TT) and adjacent healthy (TN) mucosa tissues of patients with CRC. Additionally, it was tested the antimicrobial potential and antibiotic resistance of cultivable bacterial isolates in order to verify how they behave under stressful conditions (i.e., presence of pathogens and antibiotics). It is also presented a short review on the applications of microorganisms or their abilities to fight CRC. In a general view it was observed some difference between the diversity of bacterial community from TN and TT samples, according to the DGGE profiles. Identical genera of bacteria were identified in TN and TT samples (e.g., Escherichia, Klebsiella, Pseudomonas), although some were only found in TN (e.g., Citrobacter) or TT (e.g., Enterococcus). Some bacterial isolates showed antimicrobial activity against Gram-positive and Gramnegative pathogens, and all of them were resistant to at least three different antibiotics. These responses help to understand the behavior of gut bacteria under infectious aggressions, which often occur in CRCaffected patients. On the other hand, given the relevance of gut microbiota on CRC development, the biotechnological abilities of bacteria have been explored as complementary or adjuvant therapeutics for controlling CRC. They mainly involve microbiota modulation through the consumption of pro- and prebiotics, and fecal microbiome transplantation, bacteriophage therapy, but also other groundbreaking strategies targeting CRISPR, essential and resistant bacterial genes, and quorum sensing systems.

O cancro colorectal (CCR) é o terceiro tipo de cancro fatal no mundo e, nos últimos anos, Portugal tem vindo a assistir a um aumento da sua incidência. Dada a relevância da simbiose entre a microflora intestinal e o hospedeiro para a manutenção da homeostase do organismo, vários estudos têm-se focado na análise do microbiota associado a situações de saúde e doença, nomeadamente ao CCR. Cada vez mais é relevante conhecer a comunidade microbiana intestinal associada a CCR, pois pode constituir uma ferramenta para diferentes aplicações clínicas no âmbito desta patologia. Portanto, o presente estudo pretendeu realizar uma caracterização preliminar da comunidade bacteriana não cultivável e cultivável, extraída a partir de tecidos tumorais (TT) e tecidos adjacentes saudáveis (TN) da mucosa intestinal de pacientes portugueses que apresentem CCR. Adicionalmente testou-se o potencial antimicrobiano e a resistência a antibióticos das estirpes bacterianas isoladas no sentido de verificar como se comportam em situações de stresse (presença de bactérias patogênicas e antibióticos). Por fim, é apresentada uma revisão sumária acerca das aplicações de microrganismos como estratégias terapêuticas complementares para o combate do CCR. De um modo geral, observou-se alguma diferença na diversidade da comunidade bacteriana entre TN e TT de cada paciente, conforme os perfis genéticos obtidos por DGGE. No que concerne as bactérias isoladas foram identificados alguns géneros semelhantes em TN e TT (e.g., Escherichia, Klebsiella, Pseudomonas), muito embora, outros tivessem sido registados apenas em TN (e.g., Citrobacter) ou TT (e.g., Enterococcus). Alguns dos isolados bacterianos revelaram resistência a bactérias Gram-positivas e Gram-negativas, apresentando todos eles resistência a, pelo menos, três antibióticos diferentes. Estas respostas auxiliam na compreensão da resposta do microbiota a agressões infeciosas em situações de CCR. Por outro lado, e tendo em conta a relevância do microbiota na evolução da doença, as potencialidades biotecnológicas das bactérias têm vindo a ser exploradas para terapias complementares ou adjuvantes no combate ao CCR. Estas envolvem a modelação do microbiota através de pro- e prebióticos, transplante de microbioma fecal e terapia bacteriofágica, para além de outras estratégias inovadoras basedas em sistemas CRISPR, genes bacterianos essenciais e de resistência, e sistemas de comunicação entre bactérias.