Investigation of microbial biomarkers for colorectal cancer diagnosis through 16S rRNA metagenomic data

Abstract

Kanserin mümkün olduğunca erken teşhis etmek, tedavi ve hayatta kalma şansını arttırır. Kanser taraması, semptomlar ortaya çıkmadan önce potansiyel kanserin tespit edilmesini içeren erken teşhisten daha karmaşık bir yöntemdir. Mikrobiyota ile ilgili son araştırmalar, bağırsak mikrobiyomunun sağlık üzerinde ve hastalıklarda önemli bir rol oynadığını göstermiştir. Bağırsak mikrobiyota yapısının bozulması patojen enfeksiyonlara, inflamatuar hastalıklara ve kansere neden olabilir. Metagenomik çalışmalar, mikrobiyal toplulukların genetik bileşiminin anlaşılmasını sağlar. Yeni nesil dizileme teknolojisi, çevresel örneklerde bulunan mikroorganizmaların keşfedilmesine yardımcı olur. 16S rRNA geninin yeni nesil dizileme teknolojisi ile dizilenmesi ve amplikon analizleri örneklerdeki mikroorganizmaların miktarını ortaya çıkarır. Bu tezde, sağlıklı bireylerin (kontrol), adenoma ve kolorektal kanser hastalarının dışkı örneklerinden alınan erişime açık 16S rRNA veri setleri, biyoinformatik platformu QIIME 2 ile analiz edilmiştir. Bu dizilerin QIIME 2 ile mikrobiyom analizleri, dışkı örneklerinde taksonomik bileşimleri ortaya çıkarmıştır. Mikroorganizmaların nispi bolluğuna dayalı olarak sağlıklı bireyler ve kanser hastaları arasında istatistiksel testler ile karşılaştırmalar yapılmış ve bağırsak mikrobiyomunda farklılıklar tespit edilmiştir. Her bir kontrol, adenoma ve kanser gruplarında tanımlanan türler arasındaki istatistiksel olarak anlamlı farklılıklar, kanserin erken tespiti için potansiyel mikrobiyal biyobelirteçler sağlamıştır. Kolorektal kanser biyobelirteçleri olarak Fusobacterium, Parvimonas, Prevotella cinsi ve Porphyromonas asaccharolytica, Porphyromonas somerae literatürle uyumlu olarak tespit edildi. Massiliprevotella massiliensis, Coprobacter secundus, Bacteroides fluxus ve Peptococcus niger, kolorektal kanser taraması için potansiyel yeni biyobelirteçler olarak bulunmuştur.Diagnosising cancer as early as possible increases the chances of cure and survival. Cancer screening is a more complex strategy than early diagnosis, which includes detection of potential cancer before symptoms appear. Recent studies about microbiota have suggested that gut microbiome plays an important role in health and diseases. Perturbation of gut microbiome structure can cause pathogenic infections, inflammatory diseases and cancer. Metagenomic studies provide understanding of the genetic composition of the microbial communities. Next Generation Sequencing [NGS] technology helps to explore the microorganisms that are present in environmental samples. NGS of 16S rRNA gene and analysis of amplicon sequences, reveals abundance of microorganisms in samples. In this thesis, publicly available datasets of 16S rRNA sequences from fecal samples of healthy individuals (CTR), adenoma and colorectal cancer (CRC) patients were analyzed with the bioinformatics platform QIIME 2. Microbiome analyses of these sequences with QIIME 2 revealed taxonomic compositions in the fecal samples. Comparisons between healthy individuals and cancer patients based on the relative abundance of microorganisms were made with statistical tests and differences in gut microbiome were determined. Statistically significant differences between identified species in each CTR, Adenoma and CRC groups provided potential microbial biomarkers for early detection of cancer. Fusobacterium, Parvimonas, Prevotella genus and Porphyromonas asaccharolytica, Porphyromonas somerae were detected as CRC biomarkers, which were consistent with the literature. Massiliprevotella massiliensis, Coprobacter secundus, Bacteroides fluxus and Peptococcus niger were found as potential new biomarkers for CRC screening.