Rak jelita w zasięgu kanalizacji? Naukowcy chcą czytać nowotwory z ścieków

Brudna woda z miejskich rur może wkrótce zdradzać coś znacznie groźniejszego niż tylko obecność wirusów czy narkotyków.

Naukowcy z USA pokazali, że w ściekach da się wyłapać ślady charakterystyczne dla raka jelita grubego. Jeśli ten pomysł się przyjmie, sam adres zamieszkania może w przyszłości zadecydować o tym, kto szybciej dostanie zaproszenie na badania przesiewowe.

Rak jelita grubego wciąż zabija zbyt wielu chorych

Rak jelita grubego należy do najczęstszych i najbardziej śmiertelnych nowotworów w krajach rozwiniętych. W Stanach Zjednoczonych co roku rozpoznaje się ponad 154 tysiące nowych przypadków nowotworów jelita grubego i odbytnicy. To trzeci najczęstszy nowotwór i druga przyczyna zgonów onkologicznych.

Coraz większe zaniepokojenie budzi rosnąca liczba zachorowań u osób przed 50. rokiem życia. Właśnie w tej grupie standardowe programy badań przesiewowych często jeszcze nie obejmują wszystkich, bo wiele krajów wciąż zaczyna regularne badania dopiero po pięćdziesiątce.

Do dyspozycji są skuteczne metody: kolonoskopia, testy na krew utajoną w kale, nowsze badania analizujące materiał genetyczny komórek nowotworowych wydalanych z kałem. Problem w tym, że sporo osób z nich nie korzysta – z powodu strachu, braku czasu, słabego dostępu do gastroenterologa albo zwykłego odkładania tematu „na później”.

Badacze zaczęli więc szukać sposobu, który ominie wymówkę „nie mam czasu na badania” i pozwoli wychwycić sygnały choroby na poziomie całych osiedli, a nie pojedynczych pacjentów.

Ścieki jako lustro zdrowia mieszkańców

Oczyszczalnie ścieków od lat służą epidemiologom jako gigantyczne próbówki. Na tej podstawie śledzono m.in. poziom narkotyków w miastach, rozprzestrzenianie się koronawirusa, a wcześniej także innych patogenów. Teraz podobne podejście testuje się w onkologii.

Zespół amerykańskich badaczy skupił się na raku jelita grubego. Wykorzystali fakt, że guzy w jelicie stale „gubią” komórki i fragmenty materiału genetycznego, które wraz z kałem trafiają do toalety, a później do kanalizacji.

Kluczem jest tutaj pewien rodzaj cząsteczek – RNA – które pełnią rolę nośników informacji w komórce. W ściekach da się znaleźć fragmenty ludzkiego RNA, a wśród nich sekwencje związane z procesami nowotworowymi.

CDH1 i GAPDH – co właściwie mierzą naukowcy

W opisywanym badaniu badacze skupili się na dwóch markerach RNA:

• CDH1 – gen związany z rozwojem niektórych nowotworów, w tym raka jelita grubego,
• GAPDH – gen obecny w komórkach praktycznie każdego typu, często używany jako „punkt odniesienia” w badaniach molekularnych.

Nie chodziło tylko o samą obecność tych cząsteczek, ale o ich wzajemną proporcję. Stosunek CDH1 do GAPDH ma lepiej odzwierciedlać, czy w populacji danej okolicy występują zmiany charakterystyczne dla guzów jelit.

W uproszczeniu: im wyższy udział sygnału związanego z nowotworem w porównaniu z sygnałem „zwykłych” komórek, tym większe prawdopodobieństwo, że w okolicy żyje więcej osób z rakiem jelita grubego.

Pilotowe badanie w Kentucky: cztery sieci kanalizacyjne, jeden dzień

Badanie przeprowadzono w hrabstwie Jefferson w stanie Kentucky. Naukowcy najpierw przeanalizowali dokumentację pacjentów z rakiem jelita grubego z lat 2021–2023, leczonych w regionalnym ośrodku referencyjnym. Dzięki temu wytypowali obszary, w których w promieniu około 800 metrów stwierdzano wyraźnie podwyższone liczby zachorowań – więcej niż cztery przypadki w takim zasięgu.

Na tej podstawie wybrano trzy rejony o wysokiej częstości występowania raka jelita grubego oraz jedną okolicę, w której według dostępnych danych nie było pacjentów z tej grupy nowotworów. Każda z tych stref miała własną sieć kanalizacyjną, co ułatwiało przypisanie próbek do konkretnego obszaru.

26 lipca 2023 roku z każdego z czterech systemów kanalizacyjnych pobrano po trzy próbki po 175 mililitrów – o różnych porach dnia. Następnie w laboratorium, z użyciem techniki PCR w kroplach (droplet digital PCR), zmierzono ilość ludzkiego RNA oraz wyliczono stosunek CDH1/GAPDH.

We wszystkich dwunastu próbkach potwierdzono obecność ludzkiego RNA. Zwraca uwagę ogromny skok wartości w grupie 1 – tam stosunek CDH1/GAPDH wyniósł średnio 20, podczas gdy w pozostałych był wyraźnie niższy i bliższy zakresowi tła.

Jak zmiany w jelicie trafiają z ciała do kanalizacji

Nowotwór jelita grubego rośnie na wewnętrznej ścianie jelita. Z czasem guz zaczyna krwawić i tracić komórki. Wydalany kał zawiera więc nie tylko resztki pokarmowe, ale też komórki nowotworowe oraz fragmenty ich DNA i RNA. Na tym opiera się część nowszych testów przesiewowych, które analizują próbkę kału pod kątem materiału genetycznego guza.

W prezentowanym podejściu ta sama logika została przesunięta o poziom wyżej: zamiast próbki pojedynczego pacjenta, naukowcy zerkają na „zbiorczy kał” całej okolicy, który miesza się w rurach kanalizacyjnych.

Jeżeli w danym osiedlu mieszka dużo osób z rozwiniętym rakiem jelita grubego, w ściekach z tej okolicy powinno pojawiać się więcej fragmentów RNA z genów związanych z nowotworem.

Badacze zauważyli, że rejon oznaczony jako grupa 1 miał ponad dwukrotnie wyższy odsetek pacjentów leczonych w ośrodku referencyjnym, licząc na 100 mieszkańców, niż dwa pozostałe obszary. To częściowo tłumaczy bardzo wysoki stosunek CDH1/GAPDH.

Jednocześnie podkreślają, że możliwe są zniekształcenia. Część mieszkańców „grupy kontrolnej” mogła leczyć się w innych szpitalach, więc nie trafili do analizowanej bazy, ale ich materiał genetyczny i tak mógł znaleźć się w kanalizacji danego osiedla.

Od ścieków do działań przesiewowych – jak to mogłoby działać w praktyce

Autorzy nie twierdzą, że na podstawie pomiarów ze ścieków da się stwierdzić, ile dokładnie osób choruje w danej dzielnicy. Proponują raczej inny sposób wykorzystania tego narzędzia: jako system wczesnego ostrzegania dla zdrowia publicznego.

Wyobraźmy sobie miasto podzielone na kilkadziesiąt stref kanalizacyjnych. Laboratorium co tydzień bada próbki z każdej z nich, monitorując stosunek CDH1/GAPDH. Gdy w jakimś rejonie przez kilka tygodni z rzędu notuje się wyraźny wzrost powyżej „tła”, taki obszar dostaje priorytet w programach przesiewowych.

• mieszkańcy otrzymują listy z zaproszeniem na test kału lub kolonoskopię,
• przychodnie rodzinne z tego rejonu dostają dodatkowe finansowanie na badania,
• w lokalnych mediach pojawia się kampania informacyjna szyta pod konkretną dzielnicę,
• organizuje się „dni badań” w pobliskich przychodniach lub w mobilnych punktach.

W takim modelu badania ze ścieków nie zastępują indywidualnych testów, tylko pomagają lepiej ustawić priorytety i kierować ograniczone środki tam, gdzie ryzyko wydaje się najwyższe.

Ograniczenia i pytania bez odpowiedzi

Sami autorzy studium mocno akcentują, że to na razie koncepcja do dalszych testów. Analiza objęła tylko cztery sieci kanalizacyjne z jednego hrabstwa, z jednego dnia poboru próbek. Na tak niewielkim materiale trudno przeprowadzić zaawansowane analizy statystyczne.

Naukowcy nie znają jeszcze dokładnej zależności między poziomem stosunku CDH1/GAPDH a liczbą realnych przypadków raka w populacji. Nie wiadomo też, jaki odsetek chorych w danej okolicy pozostaje bez diagnozy i jak bardzo zniekształca to obraz uzyskany z kanalizacji.

Pojawiają się również inne wątpliwości: jak na poziom markerów wpływa liczba mieszkańców, struktura wiekowa, migracje ludzi w ciągu dnia, a nawet pogoda i ilość wody w systemie? To wszystko trzeba sprawdzić w większych, wielomiesięcznych kampaniach, najlepiej w różnych miastach i krajach.

Kwestie etyczne i prywatność mieszkańców

Choć analiza ścieków nie wskazuje konkretnych osób, niektórzy eksperci zastanawiają się nad konsekwencjami stygmatyzacji całych dzielnic. Jeśli oficjalne raporty zaczną wskazywać dane osiedle jako „gorący punkt” raka jelita, mieszkańcy mogą obawiać się spadku wartości nieruchomości czy trudności z ubezpieczeniem zdrowotnym.

Z drugiej strony, w odróżnieniu od klasycznej diagnostyki, nikt tu nie pobiera imiennych próbek, nie tworzy baz danych pojedynczych pacjentów. Analiza dotyczy zbiorczej populacji, co wielu specjalistów traktuje jako kompromis między skutecznością zdrowia publicznego a ochroną prywatności.

Co ta koncepcja może oznaczać dla pacjentów i systemów ochrony zdrowia

Dla lekarzy rodzinnych i gastroenterologów takie narzędzie mogłoby stać się dodatkowym argumentem w rozmowie z pacjentem. Jeżeli wiadomo, że dana dzielnica ma podwyższony sygnał w ściekach, łatwiej przekonać mieszkańca, że nie warto zwlekać z kolonoskopią czy testem kału.

Systemy ochrony zdrowia zmagają się z ograniczoną liczbą specjalistów i sprzętu. Powszechne badania całej populacji w krótkim czasie są kosztowne i organizacyjnie trudne. Zidentyfikowanie rejonów, gdzie prawdopodobieństwo znalezienia nowych przypadków jest wyższe, może pomóc lepiej wykorzystać dostępne zasoby.

Dla samych chorych różnica między wykryciem raka w stadium wczesnym a zaawansowanym przekłada się często na lata życia. Wczesne guzy da się zazwyczaj usunąć chirurgicznie, z szansą na całkowite wyleczenie. Późno wykryte nowotwory jelita wymagają rozległego leczenia, chemii, czasem wieloletniego nadzoru.

Z perspektywy zdrowia publicznego liczy się też efekt psychologiczny. Informacja, że „nasza dzielnica” została objęta akcją specjalną, bywa silniejszym impulsem do działania niż ogólne kampanie w mediach.

Jak może wyglądać przyszłość diagnostyki z kanalizacji

Jeśli kolejne badania potwierdzą przydatność analizy ścieków w raku jelita grubego, podobne podejście da się potencjalnie rozszerzyć na inne choroby przewodu pokarmowego: stany zapalne jelit, niektóre typy raka żołądka czy trzustki, a nawet skutki długotrwałego nadużywania alkoholu.

Technicznie kluczowe będzie ustalenie stabilnych „progów alarmowych”, a więc wartości, przy których warto uruchomić akcję przesiewową. Laboratoria będą też potrzebowały prostych, powtarzalnych protokołów pobierania próbek – najlepiej zautomatyzowanych, by ograniczyć wpływ czynnika ludzkiego.

Warto pamiętać, że taka metoda nie zwalnia nikogo z dbania o własne zdrowie. Nawet jeśli analiza ścieków kiedyś trafi do standardu, podstawowe zasady pozostaną te same: reagowanie na niepokojące objawy (krew w stolcu, nagła zmiana rytmu wypróżnień, utrata masy ciała), uczestniczenie w programach badań przesiewowych i rozmowa z lekarzem rodzinnym o indywidualnym ryzyku.

Z punktu widzenia pacjenta nowe technologie bywają abstrakcyjne, ale ich efekt jest bardzo konkretny: większa szansa, że guz zostanie złapany w momencie, gdy da się go jeszcze radykalnie usunąć. Jeśli do tego wystarczy analiza tego, co i tak codziennie spłukujemy, byłaby to jedna z mniej uciążliwych innowacji w profilaktyce onkologicznej.