Custom Probe-Based Spatial Transcriptomics Enables Microbiome Detection in FFPE Colorectal Cancer Tissue

Dentro de cada tumor, existe um mundo oculto. Durante anos, os cientistas souberam que bactérias vivem dentro de cânceres humanos, não apenas como passageiras acidentais, mas como participantes ativas que podem influenciar como uma doença cresce, como o sistema imunológico reage e até como um paciente responde ao tratamento. Essas comunidades microscópicas não estão espalhadas aleatoriamente; elas formam bairros específicos dentro do tecido, interagindo com células humanas de formas complexas. Para entender essas interações, os pesquisadores precisam ver onde as bactérias estão localizadas em relação às células humanas, muito parecido com um mapa que mostra tanto as casas quanto as pessoas que vivem dentro delas. Por muito tempo, esse tipo de mapeamento detalhado só era possível com amostras de tecido frescas, que são raras e difíceis de coletar. A grande maioria dos registros médicos, no entanto, consiste de tecido que foi preservado em blocos de cera, um método que tem sido o padrão por décadas, mas que anteriormente era considerado degradado demais para esse tipo de trabalho de detetive bacteriano de alta resolução.

Uma equipe de pesquisadores agora preenceu essa lacuna, desenvolvendo uma nova maneira de mapear bactérias dentro dessas amostras de tecido preservadas. Ao adaptar uma tecnologia projetada para ler genes humanos, eles criaram um conjunto personalizado de ferramentas moleculares que também podem encontrar e localizar tipos específicos de bactérias. Eles testaram essa abordagem em amostras de câncer colorretal, uma doença onde a relação entre bactérias e tumores é particularmente importante. O trabalho deles prova que é possível visualizar o arranjo espacial de micróbios em espécimes médicos antigos e preservados sem perder a capacidade de ler o código genético humano simultaneamente. Isso abre as portas para estudar décadas de amostras de pacientes armazenadas para entender como as bactérias influenciam o câncer de maneiras que eram anteriormente invisíveis.

Os pesquisadores começaram projetando um novo conjunto de sondas moleculares, que são essencialmente pequenas etiquetas personalizadas que se prendem a sequências genéticas específicas. Neste caso, eles visaram o código genético de bactérias, especificamente as regiões variáveis de uma molécula chamada 16S rRNA, que atua como um identificador único para diferentes grupos bacterianos. Eles construíram essas sondas para funcionar com uma plataforma de imagem moderna chamada Visium CytAssist, um sistema que captura informações genéticas de fatias finas de tecido enquanto mantém sua forma e localização originais intactas. O desafio era fazer com que essas sondas bacterianas funcionassem junto com as sondas padrão usadas para ler genes humanos, garantindo que os dois sistemas não interferissem um no outro. Eles criaram um conjunto de 195 pares dessas sondas, visando 15 grupos diferentes de bactérias conhecidos por serem relevantes para o câncer colorretal, e os misturaram ao kit de teste padrão.

Para testar se esse novo método funcionava, a equipe o aplicou a seis amostras de tecido colorretal que foram preservadas em blocos de cera. Três dessas amostras eram de tumores e três eram de tecido saudável retirado dos mesmos pacientes próximo ao tumor. O processo envolveu o fatiamento do tecido, o tratamento com a mistura personalizada de sondas e, em seguida, o uso de uma máquina para ler os sinais genéticos. Os resultados foram imediatos e claros: o sistema detectou com sucesso tanto genes humanos quanto sinais bacterianos nas mesmas seções de tecido. Crucialmente, a presença das sondas bacterianas não interrompeu a leitura dos genes humanos. Quando os pesquisadores analisaram os dados genéticos humanos, as células se organizaram nos padrões esperados, com grupos distintos para o revestimento do cólon, as camadas musculares e células imunológicas, exatamente como ocorrem em tecido fresco. Isso confirmou que o novo método é seguro para uso e não danificou a informação delicada armazenada nas amostras preservadas.

A descoberta mais emocionante veio quando os pesquisadores observaram onde as bactérias estavam localizadas. Nas amostras de tecido saudável, os sinais bacterianos foram encontrados principalmente na superfície, revestindo o interior do cólon, o que condiz com o que se sabe sobre como as bactérias vivem naturalmente em um intestino saudável. No entanto, as amostras de tumor contaram uma história mais complexa. Na maioria das amostras de tumor, as bactérias foram encontradas em pequenos clusters concentrados. Mas uma amostra de tumor específica destacou-se dramaticamente. Ela continha uma quantidade muito maior de sinal bacteriano do que as outras, e essas bactérias não estavam apenas sentadas na superfície; elas estavam profundamente inseridas no próprio tecido tumoral.

Quando os pesquisadores olharam mais de perto os tipos de bactérias nesse tumor de alto sinal, encontraram dois grupos principais: um relacionado a um gênero chamado Porphyromonas e outro relacionado a Bacteroides-Phocaeicola. Embora ambos os grupos estivessem presentes por todo o tumor, eles seguiram caminhos diferentes conforme se moviam para o interior do tecido. Um grupo parecia penetrar no tumor em uma direção ou em uma taxa diferente do outro. Isso sugere que diferentes tipos de bactérias podem estar invadindo o tumor de maneiras únicas, potencialmente interagindo com as células humanas ao redor de forma distinta. A capacidade de ver esses padrões distintos em uma única amostra é algo que métodos antigos não poderiam alcançar, pois esses métodos misturariam todas as bactérias, perdendo a informação sobre onde cada tipo estava realmente vivendo.

Este estudo não afirma ter resolvido o mistério de como as bactérias causam o câncer, nem prova que essas bactérias específicas são as únicas causas da doença. Em vez disso, estabelece uma nova capacidade. Mostra que os cientistas agora podem pegar os vastos arquivos de amostras de tecido preservadas de hospitais ao redor do mundo e começar a mapear as comunidades bacterianas dentro delas com alta precisão. Os pesquisadores observaram que, como seu método utiliza sondas específicas, eles só podem encontrar as bactérias para as quais projetaram as sondas, o que significa que não podem descobrir espécies inteiramente novas e desconhecidas com essa configuração específica. No entanto, o sistema é flexível o suficiente para ser expandido com mais sondas no futuro.

As descobertas também destacam a importância de observar o arranjo espacial dos micróbios. O fato de diferentes bactérias apresentarem diferentes padrões de distribuição dentro do mesmo tumor sugere que sua localização importa. Algumas podem estar à espreita na superfície, enquanto outras estão ativamente infiltrando o núcleo do câncer. Esse nível de detalhe era anteriormente impossível de obter a partir do tipo mais comum de espécime médico. Ao provar que esta técnica funciona em tecido fixado em formalina e emblocado em parafina, os pesquisadores forneceram um arcabouço geral que pode ser aplicado a outras doenças e outros tipos de amostras preservadas. Isso transforma a maneira como os cientistas podem olhar para trás na história médica, permitindo que façam novas perguntas sobre o mundo microbiano invisível que vive dentro de nossos corpos e como ele molda nossa saúde.