2019年2月20日訊/
生物谷BIOON/---十多年來，科學家們一直致力於了解colibactin---一種由某些大腸桿菌菌株產生的化合物---與結直腸癌之間的關聯，但是因不能夠分離這種化合物而一直受阻。因此，美國哈佛大學化學與化學生物學教授Emily Balskus決定收拾這個爛攤子。
在一項新的研究中，Balskus及其同事們試圖通過準確地鑑定出colibactin如何與DNA發生反應產生DNA加合物來理解這種化合物如何導致癌症。相關研究結果發表在2019年2月15日的Science期刊上，論文標題為「The human gut bacterial genotoxin colibactin alkylates DNA」。
圖片來自Science, 2019, doi:10.1126/science.aar7785。
Balskus說，「自2006年以來，人們就已知道某些腸道共生細菌---主要是大腸桿菌菌株---存在一組讓它們能夠合成導致DNA損傷的分子的基因。多年來，已有許多研究表明攜帶這種合成途徑的
細菌的豐度與人類癌症之間存在相關性，而且結腸炎相關結直腸癌的多種小鼠模型已證實了這組特定的基因能夠影響
腫瘤的進展和侵襲性。」
不幸的是，到目前為止，科學家們還沒有找到分離通過這種途徑產生的colibactin的方法，這就使得人們對它的作用機制一無所知。
Balskus說，「我的實驗室開始研究這一點，這是因為我們對如何理解你無法分離的分子的問題感興趣。我們早前對colibactin研究的結論是我們和其他研究這種途徑的團體令人意料之外地發現這種天然產物含有所謂的環丙烷環（cyclopropane ring）。」
Balskus及其同事們認為正是這種化學結構形成了colibactin彈頭，這是因為類似的結構存在於其他無關的能夠通過與DNA發生反應導致DNA損傷的分子中。
Balskus說，「當我們意識到這一點時，我們猜測與DNA的直接相互作用可能在colibactin的基因毒性作用中起著重要的作用。這為獲取有關colibactin結構的信息提供了新的策略---我們不是試圖分離這種化合物本身，而是能夠分離和描述它與DNA發生反應後產生的DNA加合物。」
然而，分離這些DNA加合物並非易事。為了做到這一點，Balskus和她的團隊尋求美國明尼蘇達大學公共衛生學院教授Silvia Balbo的幫助。Balbo開發出一種新的技術，允許人們能夠根據這些DNA加合物在高解析度質譜儀中產生的碎片來鑑定它們。
Balskus說道，「我們所做的實驗就是獲取一種能夠產生colibactin的大腸桿菌菌株和一種具有相同基因型的大腸桿菌突變菌株，這種突變菌株的唯一不同在於它沒有產生colibactin的基因簇。我們將這兩種菌株與人細胞系一起培養......並從這兩組人細胞中分離出DNA，將它放入質譜儀中，並比較樣品中不同DNA加合物的豐度，這樣我們就能夠發現僅由經過產生colibactin的
細菌菌株處理的人細胞系產生的DNA加合物。」
Balskus說，在有了這些信息之後，他們的下一個挑戰是理解這些DNA加合物的化學結構。Balskus說，「基於質譜儀中產生的碎片，它們看起來來自colibactin，但是這並不足解析出它的化學結構。我實驗室的研究人員所做的，是一項英勇的努力，就是用化學方法合成了一種標準品……然後我們將它與在這些人細胞系中產生的DNA加合物進行比較，它們是一樣的。」
為了證實這個過程也在活的動物身上起作用，Balskus團隊與美國哈佛陳曾熙公共衛生學院的Wendy Garrett合作開展一項實驗，在這項實驗中，將能夠產生colibactin的大腸桿菌菌株和不能夠產生這種化合物的大腸桿菌菌株定植到無菌小鼠體內。
Balskus說，「我們發現我們在接受能夠產生colibactin的大腸桿菌菌株定植的小鼠結腸上皮組織中檢測到這些相同的DNA加合物。這表明我們和其他人在體外進行的所有化學反應都可能與體內正在發生的事情有關。」
展望未來，Balskus希望研究他們是否能夠在患者樣本中檢測到這些相同的DNA加合物，並了解colibactin引起的特定類型的DNA損傷以及它們是否會影響癌症產生。（生物谷 Bioon.com）
參考資料：M.R. Wilson el al. The human gut bacterial genotoxin colibactin alkylates DNA. Science, 2019, doi:10.1126/science.aar7785.