不幸的是，通過這種途徑產(chǎn)生的化合物——大腸桿菌素——迄今為止一直未能將其分離出來，使研究人員對其工作原理一無所知。

“我的實(shí)驗(yàn)室開始研究這個，因?yàn)槲覀儗@個問題很感興趣，即你如何理解一個你無法分離的分子?！盉alskus說?！拔覀冊缙诶斫獯竽c桿菌素的工作總結(jié)是，出乎意料的是，我們和其他研究該途徑的小組發(fā)現(xiàn)，這種天然產(chǎn)物中含有一個環(huán)丙烷環(huán)。”

Balskus和同事認(rèn)為，正是這種化學(xué)結(jié)構(gòu)形成了大腸桿菌素的“彈頭”，部分原因是在其他不相關(guān)的分子中發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)構(gòu)，這些分子能夠通過與DNA反應(yīng)而直接破壞DNA。

“當(dāng)我們意識到這一點(diǎn)時，我們假設(shè)與DNA的直接相互作用可能對大腸桿菌素的基因毒性很重要，”Balskus說。“這為獲取有關(guān)大腸桿菌素結(jié)構(gòu)的信息提供了一種新的策略——我們可以分離和鑒定DNA加合物或與DNA反應(yīng)后的產(chǎn)物，而不是試圖分離分子本身?！?/p>

然而，分離這些DNA加合物并非易事。

為了做到這一點(diǎn)，Balskus團(tuán)隊求助明尼蘇達(dá)大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院的Silvia Balbo教授，他們開發(fā)了一種新的技術(shù)，根據(jù)DNA加合物在高分辨率質(zhì)譜儀中的片段來鑒定。

“我們所做的，我認(rèn)為是一個非常令人興奮的實(shí)驗(yàn)，就是從大腸桿菌中選出一株能產(chǎn)生大腸桿菌素的菌株和一株具有相同基因型的突變菌株，但它沒有產(chǎn)生大腸桿菌素的基因簇，”Balskus說?！拔覀冇萌祟惣?xì)胞系培養(yǎng)這些菌株……并從兩組細(xì)胞中分離出DNA，將其放入質(zhì)譜儀中，比較樣本中不同DNA加合物的豐度，因此我們能夠在產(chǎn)生大腸桿菌素細(xì)菌處理過的細(xì)胞中找到大腸桿菌素與DNA反應(yīng)產(chǎn)生的DNA加合物?！?

Balskus說，有了這些信息，他們的下一個挑戰(zhàn)是了解這些DNA加合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)。

“它們看起來像是從大腸桿菌素中分離出來的，但這還不足以解決化學(xué)結(jié)構(gòu)問題，”Balskus說。“我實(shí)驗(yàn)室的研究人員所做的是一項偉大的努力，是化學(xué)合成一種標(biāo)準(zhǔn)物……然后我們將其與細(xì)胞中產(chǎn)生的加合物進(jìn)行比較，它們是相同的。”

為了證明這一過程在活的動物身上也存在，研究小組與哈佛大學(xué)T.H.Chan公共衛(wèi)生學(xué)院的Wendy Garrett合作進(jìn)行了一項實(shí)驗(yàn)，在該實(shí)驗(yàn)中，無菌小鼠被大腸桿菌菌株定殖，這些大腸桿菌菌株包括能產(chǎn)生和不能產(chǎn)生大腸桿菌素。

“我們證明，我們能夠在接種有生產(chǎn)大腸桿菌素菌株的小鼠結(jié)腸上皮組織中檢測到這些相同的DNA加合物，”Balskus說?！斑@告訴我們，我們和其他人在體外所做的所有化學(xué)反應(yīng)都可能與體內(nèi)發(fā)生的事情有關(guān)?！?/p>

展望未來，Balskus希望研究這些相同的加合物是否可以在患者的樣本中被檢測到，并了解大腸桿菌素引起的DNA損傷的具體類型以及它們是否影響癌癥的發(fā)展。

現(xiàn)在研究人員已經(jīng)對大腸桿菌素產(chǎn)生的DNA加合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)有了很好的了解，Balskus說，他們也許能夠朝著分子本身的方向工作。

“我們發(fā)現(xiàn)的加合物最有可能來自于更大物質(zhì)的分解，”Balskus說?！八晕覀?nèi)栽谠噲D解開這個化學(xué)謎團(tuán)，并努力找出完整的結(jié)構(gòu)可能是什么?！?/p>

最后，Balskus說，研究結(jié)果還表明，DNA加合物可以作為大腸桿菌素等化合物以及其他來源于腸道微生物的潛在致癌物的關(guān)鍵生物標(biāo)志物。

“直到現(xiàn)在，當(dāng)人們在尋找能夠制造這些DNA損傷化合物的有機(jī)體時，他們還在尋找生物合成基因，”Balskus說，“這告訴了你基因的潛力，但它并沒有告訴你DNA損傷實(shí)際上已經(jīng)發(fā)生了，我們從毒理學(xué)的其他領(lǐng)域知道，如果你有很好的生物標(biāo)志物來預(yù)測致癌作用，那么在考慮評估癌癥風(fēng)險時，這將是非常有效的。”

“現(xiàn)在還很早，但我們的工作可能會引領(lǐng)的一個領(lǐng)域，”她接著說。“目前尚不清楚大腸桿菌素是否在人類腫瘤發(fā)展中起到因果作用，但我們希望有更好的方法來監(jiān)測結(jié)腸癌易感性?！?/strong>