Por mais de uma década, cientistas trabalharam para entender a conexão entre a colibactina, um composto produzido por certas cepas de E. coli , e câncer colorretal, mas têm sido prejudicados por sua incapacidade de isolar o composto.

Então Emily Balskus decidiu se concentrar na bagunça que ele deixou para trás.

Professor de Química e Biologia Química, Balskus e colegas são os autores de um novo estudo que busca entender como a colibactina causa câncer, identificando com precisão como a substância química reage com o DNA para criar adutos de DNA. O estudo é descrito em um artigo de 15 de fevereiro publicado em Ciência .

"É sabido desde 2006 que há um conjunto de genes em certas bactérias comensais do intestino - principalmente em cepas de E. coli - que lhes dá a capacidade de fazer moléculas que podem levar a danos no DNA, "Balskus disse." Ao longo dos anos, houve uma série de estudos que mostraram uma correlação entre a abundância de bactérias que carregam esta via e o câncer em humanos, e vários modelos de camundongos de câncer colorretal associado à colite demonstraram que este conjunto específico de genes ... pode afetar a progressão do tumor e a capacidade de invasão. "

Infelizmente, o composto criado por meio dessa via - colibactina - tem, até agora, evitado esforços para isolá-lo, deixando os pesquisadores sem saber como funciona.

"Meu laboratório começou a estudar isso, porque estávamos interessados ​​neste problema de como você pode entender uma molécula que você não pode isolar, "Disse Balskus." E o resumo de nosso trabalho anterior para entender a colibactina foi que, inesperadamente, nós e outros grupos que trabalharam neste caminho descobrimos que este produto natural contém o que é chamado de anel de ciclopropano. "

É essa estrutura química que Balskus e seus colegas acreditam formar a "ogiva da colibactina" - em parte porque estruturas semelhantes são encontradas em outras, moléculas não relacionadas capazes de causar danos diretos ao DNA ao reagir com ele.

"Quando percebemos isso, hipotetizamos que uma interação direta com o DNA pode ser importante para a atividade genotóxica da colibactina, "Disse Balskus." Isso iluminou uma nova estratégia para obter informações sobre a estrutura da colibactina - em vez de tentar isolar a própria molécula, poderíamos isolar e caracterizar os adutos de DNA, ou os produtos da reação com o DNA. "

Isolando esses adutos de DNA, Contudo, não é tarefa fácil.

Para fazer isso, Balskus e sua equipe recorreram a Silvia Balbo, professor da Escola de Saúde Pública da Universidade de Minnesota, que desenvolveu uma nova técnica para identificar adutos de DNA com base em como eles se fragmentam em um espectrômetro de massa de alta resolução.

"O que fizemos, que achei uma experiência muito interessante, era levar uma tensão de E. coli que poderia produzir colibactina e uma cepa mutante com o mesmo genótipo, exceto que não tinha o agrupamento de genes que faz a colibactina, "Disse Balskus." Incubamos essas cepas com linhagens de células humanas ... e isolamos o DNA de ambos os conjuntos de células, colocá-lo no espectrômetro de massa e comparar a abundância de diferentes adutos de DNA nas amostras, portanto, pudemos encontrar adutos de DNA que foram gerados apenas nas células que foram tratadas com a bactéria produtora de genotoxina. "

Armado com essa informação, Balskus disse, seu próximo desafio era entender a estrutura química desses adutos.

"Parecia que eles vieram da colibactina com base na fragmentação no espectrômetro de massa, mas isso não é suficiente para resolver uma estrutura química, "Disse Balskus." O que os pesquisadores do meu laboratório fizeram, e foi um esforço heróico, foi sintetizar quimicamente um padrão ... e então o comparamos com os adutos produzidos nas células, e eles eram os mesmos. "

Para demonstrar que o processo também funcionava em animais vivos, a equipe colaborou com Wendy Garrett na Harvard T.H. Escola Chan de Saúde Pública, para conduzir um experimento no qual camundongos livres de germes foram colonizados com cepas de E. coli que poderia e não poderia produzir colibactina.

"Nós mostramos que fomos capazes de detectar esses mesmos adutos de DNA no tecido epitelial do cólon de camundongos com as cepas produtoras de colibactina, "Balskus disse." Isso nos mostra que toda a química que nós e outros temos feito ex vivo pode realmente ser relevante para o que está acontecendo in vivo. "

Daqui para frente, Balskus espera investigar se esses mesmos adutos podem ser detectados em amostras de pacientes, e entender os tipos específicos de danos ao DNA causados ​​pela colibactina e se eles influenciam o desenvolvimento do câncer.

E agora que os pesquisadores têm um bom entendimento da estrutura química dos adutos de DNA criados pela colibactina, Balskus disse, eles podem ser capazes de trabalhar para trás em direção à própria molécula.

"Os adutos que identificamos são provavelmente provenientes da decomposição de uma espécie maior, "Balskus disse." Então, ainda estamos tentando resolver este mistério químico e trabalhando para descobrir qual pode ser a estrutura completa. "

No fim, Balskus disse, as descobertas também sugerem que os adutos de DNA podem ser usados ​​como um biomarcador chave para a atividade de compostos como a colibactina e outros carcinógenos potenciais derivados da atividade de micróbios intestinais.

"Até este ponto, quando as pessoas procuravam organismos com a capacidade de fazer esses compostos prejudiciais ao DNA, eles estavam procurando os genes biossintéticos, "Balskus disse." Isso fala sobre o potencial genético, mas não diz que o dano ao DNA realmente ocorreu, e sabemos de outras áreas da toxicologia que se você tiver bons biomarcadores para prever a carcinogênese, que pode ser poderoso quando se pensa em avaliar os riscos de câncer.

"Ainda é muito cedo, mas essa é uma área em que nosso trabalho pode levar, "Ela continuou." Ainda é muito cedo para saber se a colibactina desempenha um papel causal no desenvolvimento de tumores em humanos, but we would like to have better ways of monitoring colon cancer susceptibility."