Depuis plus d'une décennie, les scientifiques ont travaillé pour comprendre le lien entre la colibactine, un composé produit par certaines souches de E. coli , et le cancer colorectal, mais ont été gênés par leur incapacité à isoler le composé.

Emily Balskus a donc décidé de se concentrer sur le gâchis qu'elle laisse derrière elle.

Professeur de chimie et de biologie chimique, Balskus et ses collègues sont les auteurs d'une nouvelle étude qui cherche à comprendre comment la colibactine provoque le cancer en identifiant précisément comment le produit chimique réagit avec l'ADN pour créer des adduits d'ADN. L'étude est décrite dans un article du 15 février publié dans Science .

« On sait depuis 2006 qu'il existe un ensemble de gènes dans certaines bactéries intestinales commensales, principalement dans des souches de E. coli - qui leur donnent la capacité de fabriquer des molécules pouvant endommager l'ADN, " Balskus a déclaré. "Au fil des ans, il y a eu un certain nombre d'études qui ont montré une corrélation entre l'abondance de bactéries porteuses de cette voie et le cancer chez l'homme, et plusieurs modèles murins de cancer colorectal associé à la colite ont démontré que cet ensemble spécifique de gènes... peut affecter la progression tumorale et le caractère invasif."

Malheureusement, le composé créé par cette voie - la colibactine - a jusqu'à présent échappé aux efforts pour l'isoler, laissant les chercheurs dans l'ignorance de son fonctionnement.

"Mon laboratoire a commencé à étudier cela, parce que nous étions intéressés par ce problème de comprendre une molécule que vous ne pouvez pas isoler, " Balskus a déclaré. " Et le résumé de nos travaux antérieurs pour comprendre la colibactine était que, de façon inattendue, nous et d'autres groupes qui ont travaillé sur cette voie ont découvert que ce produit naturel contient ce qu'on appelle un anneau cyclopropane."

C'est cette structure chimique qui, selon Balskus et ses collègues, constitue l'"ogive militaire" de la colibactine, en partie parce que des structures similaires se trouvent dans d'autres, molécules indépendantes capables de causer des dommages directs à l'ADN en réagissant avec lui.

"Quand on s'en est rendu compte, nous avons émis l'hypothèse qu'une interaction directe avec l'ADN peut être importante pour l'activité génotoxique de la colibactine, " Balskus a déclaré. "Cela a éclairé une nouvelle stratégie pour obtenir des informations sur la structure de la colibactine - au lieu d'essayer d'isoler la molécule elle-même, nous avons pu isoler et caractériser les adduits d'ADN, ou les produits de la réaction avec l'ADN."

Isoler ces adduits d'ADN, cependant, n'est pas une mince affaire.

Pour le faire, Balskus et son équipe se sont tournés vers Silvia Balbo, professeur à l'École de santé publique de l'Université du Minnesota, qui a développé une nouvelle technique pour identifier les adduits d'ADN en fonction de leur fragmentation dans un spectromètre de masse à haute résolution.

"Ce que nous avons fait, que je pensais être une expérience très excitante, était de prendre une tension de E. coli qui pourrait produire de la colibactine et une souche mutante de même génotype, sauf qu'il n'avait pas le groupe de gènes qui produit la colibactine, " a déclaré Balskus. " Nous avons incubé ces souches avec des lignées cellulaires humaines... et isolé l'ADN des deux ensembles de cellules, le mettre dans le spectromètre de masse et comparer l'abondance des différents adduits d'ADN dans les échantillons, nous avons donc pu trouver des adduits d'ADN qui n'étaient générés que dans les cellules traitées avec les bactéries productrices de génotoxines. »

Armé de ces informations, Balskus a dit, leur prochain défi était de comprendre la structure chimique de ces adduits.

"Il semblait qu'ils provenaient de la colibactine d'après la fragmentation dans le spectromètre de masse, mais cela ne suffit pas pour résoudre une structure chimique, " Balskus a déclaré. "Ce que les chercheurs de mon laboratoire ont fait, et ce fut un effort héroïque, était de synthétiser chimiquement un standard... et nous l'avons ensuite comparé aux adduits produits dans les cellules, et ils étaient pareils."

Pour démontrer que le processus était également à l'œuvre chez les animaux vivants, l'équipe a collaboré avec Wendy Garrett au Harvard T.H. École de santé publique Chan, pour mener une expérience dans laquelle des souris exemptes de germes ont été colonisées avec des souches de E. coli qui pouvait et ne pouvait pas produire de la colibactine.

"Nous avons montré que nous étions capables de détecter ces mêmes adduits d'ADN dans le tissu épithélial colique des souris avec les souches productrices de colibactine, " Balskus a déclaré. "Cela nous dit que toute la chimie que nous et d'autres avons fait ex vivo pourrait vraiment être pertinente pour ce qui se passe in vivo."

Aller de l'avant, Balskus espère déterminer si ces mêmes adduits peuvent être détectés dans des échantillons de patients, et comprendre les types spécifiques de dommages à l'ADN causés par la colibactine et s'ils influencent le développement du cancer.

Et maintenant que les chercheurs ont une bonne compréhension de la structure chimique des adduits d'ADN créés par la colibactine, Balskus a dit, ils peuvent être capables de travailler en arrière vers la molécule elle-même.

"Les adduits que nous avons identifiés proviennent très probablement de la décomposition d'une espèce plus grande, " a déclaré Balskus. "Nous essayons donc toujours de résoudre ce mystère chimique et nous travaillons pour déterminer quelle pourrait être la structure complète."

À la fin, Balskus a dit, les résultats suggèrent également que les adduits d'ADN pourraient être utilisés comme biomarqueur clé pour l'activité de composés comme la colibactine et d'autres cancérogènes potentiels dérivés de l'activité des microbes intestinaux.

"Jusqu'à ce point, quand les gens recherchaient des organismes capables de fabriquer ces composés endommageant l'ADN, ils cherchaient les gènes biosynthétiques, " dit Balskus. " Cela vous parle du potentiel génétique, mais cela ne vous dit pas que des dommages à l'ADN se sont réellement produits, et nous savons d'autres domaines de la toxicologie que si vous avez de bons biomarqueurs pour prédire la cancérogenèse, cela peut être puissant lorsque l'on pense à l'évaluation des risques de cancer.

« Il est encore très tôt, mais c'est un domaine où notre travail pourrait potentiellement mener, " she continued. "It's still too early to know if colibactin plays a causal role in tumor development in humans, but we would like to have better ways of monitoring colon cancer susceptibility."