Insinyur kimia Stephanie Culler baru berusia 13 tahun ketika kedua neneknya meninggal karena kanker dalam waktu enam bulan satu sama lain. Menghadapi keacakan kejam dari penyakit ini sulit untuk remaja muda, tetapi Culler lebih lanjut bingung oleh poster American Cancer Society di lemari es orang tuanya.
"Pilihan makanan yang baik ini dapat membantu melindungi Anda terhadap kanker tertentu, " baca teks poster yang menyertai 30 buah dan sayuran yang difoto dengan indah.
Tapi nenek Culler, yang menderita kanker paru-paru dan kanker usus besar lainnya, sudah makan sebagian besar makanan itu. Nyatanya, nenek dari pihak ibu, seorang imigran dari Iran, tetap berpegang pada masakan tradisional Persia berupa salad cincang, sayuran panggang dan buah delima yang akan menyaingi semua diet orang Amerika dalam kejayaan anti-oksidan. Makanannya juga termasuk makanan fermentasi ramah usus seperti yogurt buatan sendiri dan acar sayuran. Sejauh yang Culler tahu, neneknya seharusnya selamat.
Poster di lemari es keluarga Culler, dan tautan yang disarankannya antara diet dan kanker, pada akhirnya akan membawanya ke laboratorium di divisi startup Johnson & Johnson JLABS di mana ia secara genetik mengurutkan sampel feses. Culler dan peneliti onkologi lainnya berharap untuk menjawab salah satu pertanyaan paling mendesak dalam penelitian kanker saat ini: Apakah kualitas dan keragaman bakteri usus manusia menentukan apakah orang akan berhasil merespons pengobatan kanker?
"Ketika kami melihat tinja dari pasien kanker payudara dan paru-paru, kami menemukan bahwa bakteri penting hilang dari microbiome, " kata Culler. Tidak adanya mikroba usus tertentu, sebagian besar bakteri Firmicutes, dapat menjelaskan mengapa inhibitor pos pemeriksaan imun — obat yang menghambat protein yang ramah kanker dan membantu memfasilitasi respons sistem kekebalan terhadap sel kanker — tidak bekerja pada beberapa pasien. "Kami percaya bahwa bakteri itu penting bagi sistem kekebalan tubuh untuk dapat merespons obat-obatan itu, " kata Culler.
Bersama dengan sesama insinyur kimia Steve Van Dien, Culler mendirikan Persephone Biome pada musim panas 2017 untuk mempelajari hubungan antara bakteri usus dan kanker. Dinamai untuk Persephone, dewi tumbuhan Yunani yang muncul di musim semi dan turun kembali ke dunia bawah setelah masa panen, perusahaan Culler bersiap untuk uji klinis yang akan menguji mikroba usus spesifik untuk melihat apakah mereka meningkatkan fungsi inhibitor pos pemeriksaan di payudara dan pasien kanker paru-paru non-sel kecil. (Produk kedua akan fokus pada terapi sel CAR-T, yang menggunakan sel kekebalan pasien sendiri yang telah direkayasa secara genetika untuk mengobati kanker mereka.)
“Tujuan kami adalah menciptakan terapi untuk mengubah non-responden menjadi responden, ” kata Culler, merujuk pada pasien yang melakukan atau tidak menanggapi inhibitor pos pemeriksaan. Perusahaannya berharap untuk merekayasa campuran bakteri usus terpilih yang dapat diambil dalam bentuk pil untuk menyembuhkan mikrobioma pasien, yang dapat dirusak oleh antibiotik dan pola makan yang buruk, seperti yang ia diskusikan baru-baru ini dalam sebuah pembicaraan di TEDx San Diego.
"Bahkan orang sehat mungkin kehilangan mikroba usus ini, tetapi pasien kanker dan orang dengan sistem kekebalan tubuh yang lebih rendah kemungkinan besar akan kehilangan mereka, " kata Culler. "Kami ingin mengembalikannya."
Meskipun setidaknya 70 persen sel kekebalan diyakini berada di usus — sering disebut "otak kedua" - ilmuwan tidak terlalu tertarik pada microbiome manusia sampai tahun 2005. Sebuah makalah inovatif yang diterbitkan tahun itu menunjukkan bahwa tikus yang obesitas memiliki perbedaan. bakteri usus daripada tikus kurus. Sejak itu, para peneliti telah mengeksplorasi ide menukar bakteri usus manusia dan bahkan menggunakan transplantasi mikrobiota tinja (sering disebut "pil kotoran, " walaupun mereka biasanya diberikan dalam bentuk cairan) untuk berhasil mengobati orang yang menderita penyakit radang usus. . (Namun, mereka belum mengembangkan suplemen penurun berat badan dengan memindahkan bakteri dari orang-orang yang dipangkas dengan baik ke perut massa lemak.)
Selama dekade terakhir, ada banyak penelitian yang mengeksplorasi peran microbiome dalam segala hal mulai dari depresi hingga autisme hingga penyakit Parkinson. Mempelajari microbiome dapat membantu menentukan pasien mana yang cenderung merespons berbagai obat nyeri dan jantung, menurut Rob Knight, direktur pendiri Center for Microbiome Innovation di University of California San Diego. "Kami sangat tertarik pada interaksi antara makanan, obat-obatan dan microbiome usus, " kata Knight, yang juga ikut mendirikan Proyek Usus Amerika, upaya ilmu pengetahuan warga yang telah mengumpulkan sampel tinja dari lebih dari 11.300 peserta di 42 negara.
Sementara hubungan antara bakteri usus dan kesehatan menjadi lebih jelas, para ilmuwan telah berjuang untuk berhasil memanipulasi microbiome sebagai bentuk pengobatan. "Kami tahu lebih banyak tentang bagaimana mikrobioma memengaruhi penyakit kronis, " kata Knight, "tetapi yang belum kami ketahui adalah bagaimana mengubah mikrobiom Anda ke arah tertentu." (Namun, para peneliti sepakat, bahwa probiotik tidak ditemukan. ' "Boleh dikatakan bahwa beberapa orang menganggapnya seperti itu.)
Tahun lalu, tiga makalah penelitian yang diterbitkan dalam Science mengguncang bidang kanker dengan menunjukkan bahwa mungkin untuk memanipulasi microbiome untuk mempengaruhi tanggapan pengobatan. Dalam serangkaian percobaan antarspesies "man-meet-mice", tim Prancis mentransplantasikan bakteri usus manusia ke tikus dari kedua pasien kanker yang berhasil diobati dan pasien yang tidak menanggapi inhibitor pos pemeriksaan. Dua minggu setelah bakteri baru diperkenalkan ke usus tikus, para peneliti menyuntikkan sel kanker dan penghambat pos pemeriksaan setiap tiga hari selama dua minggu. Obat-obatan tersebut bekerja untuk mengurangi tumor pada tikus yang telah menerima bakteri manusia dari pasien kanker yang berhasil diobati, sementara obat itu tidak efektif pada tikus yang menerima bakteri dari manusia yang tidak menanggapi pengobatan.
Tim dari University of Chicago dan University of Texas MD Anderson Cancer Center di Houston telah melakukan percobaan serupa menggunakan mikroba usus dari pasien metastasis melanoma yang merespon dengan baik terhadap inhibitor pos pemeriksaan. Tikus-tikus itu juga membaik. “Kami pada dasarnya memasukkan tabung kecil ke kerongkongan tikus dan memasukkannya ke dalam sampel kotoran. Itu merekonstruksi usus tikus sehingga sekarang mengandung mikroba dari pasien, ”kata Deepak Gopalakrishnan, seorang peneliti pascadoktoral dan penulis utama studi MD Anderson.
Langkah selanjutnya adalah uji klinis dengan manusia. Tim MD Anderson sedang mempelajari kemungkinan memberi pasien bakteri usus yang hilang dalam bentuk spora (yang tidak harus dibekukan seperti kotoran) dari donor dengan mikrobioma yang menguntungkan. Lengan lain dari uji coba akan menguji pil kotoran yang terbuat dari bakteri yang selamat dari kanker yang tumornya menghilang setelah mengambil inhibitor pos pemeriksaan. Dan para peneliti juga melacak gaya hidup pasien, termasuk produksi dan asupan serat, untuk menghubungkan titik-titik antara tingkat respons obat kanker, keanekaragaman usus dan diet.
“Kita tahu bahwa pola makan itu penting, tetapi semua orang ingin tahu apa rahasia saus itu untuk mengubah mikrobioma agar lebih baik dalam merespons pengobatan kanker, ” kata Jennifer Wargo, seorang profesor bedah dan kedokteran genom di University of Texas yang turut menulis review ilmu microbiome bulan lalu. "Kami sama sekali belum tahu itu."
Begitu pula Culler, yang masih bertanya-tanya mengapa neneknya tidak menanggapi perawatan kemoterapi yang tersedia pada pertengahan 1990-an. Namun dia berharap alat pengurutan genetik yang sama yang memungkinkan untuk mengintip kotoran kita dan mempelajari strain bakteri juga akan memberikan cara untuk mendiagnosis tumor dengan lebih baik dan memilih perawatan yang tepat.
Sementara itu, Culler bergabung dengan sejumlah peneliti yang mencoba untuk menarik perhatian pada hambatan terbesar dalam penelitian mereka: kurangnya sampel tinja. Para ilmuwan membutuhkan sumbangan dari pasien kanker, penderita kanker, orang-orang dengan riwayat keluarga kanker dan semua orang. "Saya selalu terkejut mengapa begitu sulit untuk mendapatkan sampel, " kata Culler. “Orang-orang berpikir itu menjijikkan dan malu. Tapi saya bersyukur atas penerimaan budaya dari emoji kotoran karena mendestigmatisasi itu. "
Culler bahkan meluncurkan "Poop for the Cure, " sebuah proyek penelitian yang menawarkan $ 50 kartu hadiah Visa untuk sampel. “Mudah-mudahan akan ada hari ketika mengumpulkan tinja akan sama rutinnya seperti mengumpulkan darah. Sampai saat itu, kami membutuhkan semua orang untuk membantu. "
