微生物如何產(chǎn)生抗癌關(guān)鍵化合物？

幾十年來(lái)，科學(xué)家和醫(yī)生已經(jīng)知道土壤中的細(xì)菌可以產(chǎn)生鏈脲佐菌素，這是一種抗生素化合物，也是某些類(lèi)型胰腺癌的重要治療方法。

然而，目前還不清楚細(xì)菌是如何做到的。

在化學(xué)和化學(xué)生物學(xué)教授艾米麗巴爾斯克斯(Emily Balskus)的帶領(lǐng)下，一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)解決了這一過(guò)程，首次展示了該化合物是通過(guò)酶促途徑產(chǎn)生的，并揭示了驅(qū)動(dòng)這一過(guò)程的新化學(xué)過(guò)程。這項(xiàng)研究發(fā)表在2月7日《自然》雜志上的一篇論文中。

使這種分子成為有效抗癌劑的是一種叫做亞硝胺的化學(xué)結(jié)構(gòu)——巴羅斯庫(kù)斯稱(chēng)之為這種分子的反應(yīng)性“彈頭”。

眾所周知，亞硝胺在許多其他化合物中具有很高的反應(yīng)性和毒性，除了癌癥治療外，最常見(jiàn)的致癌物是從煙草到腌肉。

巴爾斯庫(kù)斯說(shuō)：“這種化學(xué)主題具有重大的生物學(xué)意義，已經(jīng)得到了徹底的研究?！霸谖覀児ぷ髦?，這種化學(xué)基序是如何在生物系統(tǒng)中產(chǎn)生的想法涉及非酶化學(xué)——它只是在適當(dāng)?shù)臈l件下發(fā)生?！?

然而，巴爾斯庫(kù)斯和他的同事懷疑這個(gè)故事可能更復(fù)雜，并開(kāi)始探索細(xì)菌是否進(jìn)化成一種自然的方式來(lái)產(chǎn)生亞硝胺化合物。

“這是我們?cè)谶@篇文章中發(fā)現(xiàn)的，”她解釋道?！拔覀儼l(fā)現(xiàn)了細(xì)菌用來(lái)構(gòu)建鏈脲佐菌素的生物合成基因和生物合成酶。

“就如何打造這個(gè)功能組而言，透露出來(lái)的是一個(gè)巨大的驚喜，”她繼續(xù)說(shuō)道。“因?yàn)槭聦?shí)證明，它是由一種酶以非常不同的方式產(chǎn)生的亞硝胺組成的。這種反應(yīng)在生物學(xué)或合成化學(xué)領(lǐng)域的先例非常有限?！?

巴爾斯庫(kù)斯和他的同事發(fā)現(xiàn)了一種鐵依賴(lài)酶，它有兩個(gè)不同的結(jié)構(gòu)域，每個(gè)結(jié)構(gòu)域催化這一過(guò)程中的不同步驟。

Balskus說(shuō)：“這兩個(gè)領(lǐng)域與酶中的其他化學(xué)相關(guān)，但在蛋白質(zhì)的背景下，它們正在做一些非常新的事情。"一般來(lái)說(shuō)，從純化學(xué)的角度來(lái)看，它是一種非常令人興奮的酶."

她補(bǔ)充說(shuō)，從生物學(xué)的角度來(lái)看，這同樣令人興奮，因?yàn)檫@是生物學(xué)第一次進(jìn)化出產(chǎn)生亞硝胺的特定方式。

巴爾斯庫(kù)斯說(shuō)：“當(dāng)我們?cè)诩?xì)菌基因組中尋找看起來(lái)像這樣的酶時(shí)，我們會(huì)看到許多這樣的酶，包括人類(lèi)病原體中的一些基因簇和與植物共生的生物體?！耙虼?，我們似乎沒(méi)有完全意識(shí)到大自然是如何使用這類(lèi)化合物的。人們發(fā)現(xiàn)有特殊的酶來(lái)制造這種類(lèi)型的功能團(tuán)，它可能由如此多種微生物組成的事實(shí)表明，它因其生物學(xué)而發(fā)揮著重要作用?！?

Balskus說(shuō)，展望未來(lái)，她正與合作者合作，在分子水平上理解酶的作用，并更好地理解亞硝胺生產(chǎn)的中間步驟。

巴爾斯庫(kù)斯還想研究其他細(xì)菌——尤其是人類(lèi)病原體——是否以及如何依賴(lài)類(lèi)似的酶來(lái)產(chǎn)生潛在的有毒化合物。

她說(shuō)：“我們想回答的問(wèn)題是，這種新的酶是否允許人類(lèi)病原體做一些破壞宿主的事情?！艾F(xiàn)在我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了這些基因簇，我們可以開(kāi)始問(wèn)這些含有N-亞硝胺的其他化合物可能在做什么?！?

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