Durante más de una década, Los científicos han trabajado para comprender la conexión entre la colibactina, un compuesto producido por ciertas cepas de E. coli , y cáncer colorrectal, pero se han visto obstaculizados por su incapacidad para aislar el compuesto.

Entonces, Emily Balskus decidió concentrarse en el desastre que deja atrás.

Profesor de Química y Biología Química, Balskus y sus colegas son los autores de un nuevo estudio que busca comprender cómo la colibactina causa cáncer al identificar con precisión cómo reacciona la sustancia química con el ADN para crear aductos de ADN. El estudio se describe en un artículo del 15 de febrero publicado en Ciencias .

"Se sabe desde 2006 que hay un conjunto de genes en ciertas bacterias comensales intestinales, principalmente en cepas de E. coli - que les dan la capacidad de fabricar moléculas que pueden provocar daños en el ADN, ", Dijo Balskus." A lo largo de los años, Ha habido una serie de estudios que han demostrado una correlación entre la abundancia de bacterias portadoras de esta vía y el cáncer en humanos. y múltiples modelos de ratón de cáncer colorrectal asociado a colitis han demostrado que este conjunto específico de genes ... puede afectar la progresión y la invasión del tumor ".

Desafortunadamente, el compuesto creado a través de esa vía, la colibactina, ha eludido hasta ahora los esfuerzos para aislarlo, dejando a los investigadores en la oscuridad sobre cómo funciona.

"Mi laboratorio comenzó a estudiar esto, porque estábamos interesados ​​en este problema de cómo se puede entender una molécula que no se puede aislar, ", Dijo Balskus." Y el resumen de nuestro trabajo anterior para comprender la colibactina fue que, inesperadamente, nosotros y otros grupos que trabajamos en esta vía descubrimos que este producto natural contiene lo que se llama un anillo de ciclopropano ".

Es esa estructura química la que Balskus y sus colegas creen que forma la ojiva de colibactina, en parte porque se encuentran estructuras similares en otros, moléculas no relacionadas capaces de causar daño directo al ADN al reaccionar con él.

"Cuando nos dimos cuenta de eso, planteamos la hipótesis de que una interacción directa con el ADN puede ser importante para la actividad genotóxica de la colibactina, ", Dijo Balskus." Eso iluminó una nueva estrategia para obtener información sobre la estructura de la colibactina, en lugar de tratar de aislar la molécula en sí, podríamos aislar y caracterizar los aductos de ADN, o los productos de la reacción con el ADN ".

Aislar esos aductos de ADN, sin embargo, no es tarea fácil.

Para hacerlo, Balskus y su equipo se dirigieron a Silvia Balbo, profesor de la Escuela de Salud Pública de la Universidad de Minnesota, quien desarrolló una técnica novedosa para identificar aductos de ADN basándose en cómo se fragmentan en un espectrómetro de masas de alta resolución.

"Lo que hicimos, que me pareció un experimento muy emocionante, fue tomar una tensión de E. coli que podría producir colibactina y una cepa mutante con el mismo genotipo, excepto que no tenía el grupo de genes que produce colibactina, ", Dijo Balskus." Incubamos esas cepas con líneas celulares humanas ... y aislamos el ADN de ambos conjuntos de células, ponerlo en el espectrómetro de masas y comparar la abundancia de diferentes aductos de ADN en las muestras, así que pudimos encontrar aductos de ADN que solo se generaron en las células que fueron tratadas con la bacteria productora de genotoxina ".

Armado con esa información, Balskus dijo:su siguiente desafío fue comprender la estructura química de esos aductos.

"Parecía que procedían de la colibactina según la fragmentación en el espectrómetro de masas, pero eso no es suficiente para resolver una estructura química, ", Dijo Balskus." Lo que hicieron los investigadores en mi laboratorio, y fue un esfuerzo heroico, era sintetizar químicamente un estándar ... y luego lo comparamos con los aductos producidos en las células, y eran iguales ".

Para demostrar que el proceso también funcionaba en animales vivos, el equipo colaboró ​​con Wendy Garrett en Harvard T.H. Escuela Chan de Salud Pública, para llevar a cabo un experimento en el que los ratones libres de gérmenes fueron colonizados con cepas de E. coli que podía y no podía producir colibactina.

"Demostramos que pudimos detectar estos mismos aductos de ADN en el tejido epitelial del colon de los ratones con las cepas productoras de colibactina, ", Dijo Balskus." Eso nos dice que toda la química que nosotros y otros hemos estado haciendo ex vivo realmente podría ser relevante para lo que está sucediendo in vivo ".

Avanzando, Balskus espera investigar si esos mismos aductos pueden detectarse en muestras de pacientes, y comprender los tipos específicos de daños en el ADN causados ​​por la colibactina y si influyen en el desarrollo del cáncer.

Y ahora que los investigadores tienen un buen conocimiento de la estructura química de los aductos de ADN creados por la colibactina, Balskus dijo:pueden trabajar hacia atrás, hacia la propia molécula.

"Los aductos que identificamos probablemente provengan de la descomposición de una especie más grande, ", Dijo Balskus." Así que todavía estamos tratando de resolver este misterio químico y trabajando para descubrir cuál podría ser la estructura completa ".

En el final, Balskus dijo:Los hallazgos también sugieren que los aductos de ADN podrían usarse como un biomarcador clave para la actividad de compuestos como la colibactina y otros carcinógenos potenciales derivados de la actividad de los microbios intestinales.

"Hasta este momento, cuando la gente buscaba organismos con la capacidad de producir estos compuestos que dañan el ADN, estaban buscando los genes biosintéticos, ", Dijo Balskus." Eso te dice sobre el potencial genético, pero no le dice que realmente se haya producido un daño en el ADN, y sabemos por otras áreas de la toxicología que si tiene buenos biomarcadores para predecir la carcinogénesis, que puede ser poderoso cuando se piensa en evaluar los riesgos de cáncer.

"Todavía es muy temprano, pero esa es un área en la que nuestro trabajo podría conducir, ", continuó." Todavía es demasiado pronto para saber si la colibactina juega un papel causal en el desarrollo de tumores en humanos, but we would like to have better ways of monitoring colon cancer susceptibility."