Depuis des décennies, les scientifiques et les médecins savaient que les bactéries du sol étaient capables de fabriquer de la streptozotocine, un composé antibiotique qui est également un traitement important pour certains types de cancer du pancréas.

Ce qui était moins clair, cependant, était exactement comment les bactéries ont réussi à le faire.

Dirigé par Emily Balskus, Professeur de chimie et de biologie chimique, une équipe de chercheurs a démêlé ce processus, montrant pour la première fois que le composé est produit par une voie enzymatique et révélant la nouvelle chimie qui dirige le processus. L'étude est décrite dans un article du 7 février publié dans La nature .

Qu'est-ce qui fait de la molécule un agent anticancéreux si efficace, est une structure chimique connue sous le nom de nitrosamine, ce que Balskus a appelé l'« ogive » réactive de la molécule.

Connu pour être très réactif, les nitrosamines se sont révélées toxiques dans une foule d'autres composés, et sont le plus souvent connus en dehors du traitement du cancer comme cancérigènes présents dans tout, du tabac aux charcuteries.

"Ce motif chimique a une grande importance biologique, et a fait l'objet d'une enquête approfondie, " dit Balskus. " Jusqu'à notre travail, le point de vue sur la façon dont ce motif chimique a été généré dans les systèmes biologiques impliquait une chimie non enzymatique - c'était juste quelque chose qui s'est produit dans les bonnes conditions. "

Balskus et ses collègues, cependant, soupçonné que l'histoire peut être plus complexe, et a entrepris d'explorer si les bactéries ont développé une voie naturelle pour produire des composés de nitrosamine.

"C'est ce que nous avons trouvé dans cet article, " a-t-elle expliqué. "Nous avons découvert les gènes biosynthétiques et l'enzyme biosynthétique que les bactéries utilisent pour fabriquer la streptozotocine.

"Et ce que cela a révélé a été une grande surprise en termes de fabrication de ce groupe fonctionnel, " a-t-elle poursuivi. " Parce qu'il s'avère qu'il est fabriqué par une enzyme d'une manière très différente de toutes les autres voies connues pour fabriquer de la nitrosamine. La réaction est très limitée, si seulement, précédent en chimie biologique ou synthétique.

Ce que Balskus et ses collègues ont découvert était une enzyme dépendante du fer avec deux domaines différents, chacun d'eux catalysant différentes étapes du processus.

"Ces deux domaines avaient été associés à d'autres chimies des enzymes, mais dans le contexte de cette protéine, les deux font des choses vraiment nouvelles, " a déclaré Balskus. " Donc dans l'ensemble, d'un point de vue purement chimique, c'est une enzyme très excitante."

C'est tout aussi excitant d'un point de vue biologique, elle a ajouté, car il montre pour la première fois que la biologie a développé une voie spécifique pour la fabrication des nitrosamines.

"Et quand nous recherchons dans les génomes bactériens des enzymes qui ressemblent à celle-ci, on en voit beaucoup, dont certains dans des clusters de gènes chez des agents pathogènes humains et dans des organismes qui vivent en symbiose avec les plantes, " a déclaré Balskus. " Il semble donc que nous ayons sous-estimé comment la nature pourrait utiliser des composés comme celui-ci. La découverte qu'il existe des enzymes dédiées à la fabrication de ce type de groupe fonctionnel, et le fait qu'il puisse être fabriqué par tant de types de microbes suggère un rôle important pour sa biologie."

Aller de l'avant, Balskus a dit, elle travaille avec des collaborateurs pour comprendre comment l'enzyme fonctionne au niveau moléculaire et pour mieux comprendre les étapes intermédiaires de la production de nitrosamine.

Balskus espère également étudier si et comment d'autres bactéries, en particulier des agents pathogènes humains, s'appuient sur des enzymes similaires pour produire des composés potentiellement toxiques.

"La question à laquelle nous voulons répondre est de savoir si ce nouveau type d'enzyme permet aux agents pathogènes humains de faire quelque chose qui endommage l'hôte, " dit-elle. " Maintenant que nous avons trouvé ces groupes de gènes, nous pouvons commencer à nous demander ce que ces autres composés contenant de la N-nitrosamine pourraient faire."