Al decenia, wetenschappers en artsen wisten dat bacteriën in de bodem streptozotocine konden maken, een antibiotische verbinding die ook een belangrijke behandeling is voor bepaalde soorten alvleesklierkanker.

Wat minder duidelijk was, echter, was precies hoe bacteriën erin slaagden om het te doen.

Onder leiding van Emily Balskus, Hoogleraar Scheikunde en Chemische Biologie, een team van onderzoekers heeft dat proces ontward, voor het eerst laten zien dat de verbinding wordt geproduceerd via een enzymatisch pad en de nieuwe chemie onthullen die het proces aandrijft. De studie wordt beschreven in een paper van 7 februari gepubliceerd in: Natuur .

Wat maakt het molecuul zo'n effectief middel tegen kanker? is een chemische structuur die bekend staat als een nitrosamine - wat Balskus de reactieve 'kernkop' van het molecuul noemde.

Bekend als zeer reactief, nitrosaminen zijn toxisch gebleken in tal van andere verbindingen, en zijn het meest algemeen bekend buiten de behandeling van kanker als kankerverwekkende stoffen die in alles worden aangetroffen, van tabak tot gezouten vlees.

"Dit chemische motief heeft veel biologische relevantie, en grondig onderzocht, ' zei Balskus. 'Tot ons werk, het beeld van hoe dit chemische motief werd gegenereerd in biologische systemen omvatte niet-enzymatische chemie - het was gewoon iets dat plaatsvond onder de juiste omstandigheden."

Balskus en collega's, echter, vermoedde dat het verhaal complexer zou kunnen zijn, en om te onderzoeken of bacteriën een natuurlijke route ontwikkelden om nitrosamineverbindingen te produceren.

"Dat is wat we in deze krant vonden, " legde ze uit. "We ontdekten de biosynthetische genen en het biosynthetische enzym dat de bacteriën gebruiken om streptozotocine te bouwen.

"En wat dat onthulde was een grote verrassing in termen van hoe deze functionele groep wordt gemaakt, " vervolgde ze. "Omdat blijkt dat het door een enzym op een heel andere manier wordt gemaakt dan alle andere bekende routes om nitrosamine te maken. De reactie is zeer beperkt, indien van toepassing, precedent in biologische of synthetische chemie."

Wat Balskus en collega's vonden, was een ijzerafhankelijk enzym met twee verschillende domeinen, die elk verschillende stappen in het proces katalyseren.

"Beide domeinen waren geassocieerd met andere chemie in enzymen, maar in de context van dit eiwit, beide doen dingen die echt nieuw zijn, " zei Balskus. "Dus over het algemeen, vanuit een puur scheikundig perspectief, het is een heel opwindend enzym."

Het is even opwindend vanuit een biologisch perspectief, voegde ze eraan toe, omdat het voor het eerst aantoont dat de biologie een specifieke route heeft ontwikkeld voor de productie van nitrosaminen.

"En als we bacteriële genomen zoeken naar enzymen die er zo uitzien, we zien er veel, waaronder enkele in genclusters in menselijke pathogenen en in organismen die in symbiose met planten leven, "Zei Balskus. "Dus het lijkt erop dat we hebben onderschat hoe de natuur verbindingen als deze zou kunnen gebruiken. De ontdekking dat er speciale enzymen zijn om dit type functionele groep te maken, en het feit dat het door zoveel soorten microben kan worden gemaakt, suggereert een belangrijke rol voor zijn biologie."

Vooruit gaan, Balskus zei, ze werkt samen met medewerkers om te begrijpen hoe het enzym op moleculair niveau werkt en om de tussenstappen in de productie van nitrosamine beter te begrijpen.

Balskus hoopt ook te onderzoeken of en hoe andere bacteriën, met name menselijke pathogenen, op vergelijkbare enzymen vertrouwen om verbindingen te produceren die mogelijk toxisch zijn.

"De vraag die we willen beantwoorden is of dit nieuwe type enzym menselijke ziekteverwekkers toestaat iets te doen dat de gastheer beschadigt, ' zei ze. 'Nu we deze genclusters hebben gevonden, we kunnen ons afvragen wat deze andere N-nitrosamine-bevattende verbindingen zouden kunnen doen."