几十年来，科学家和医生已经知道土壤中的细菌可以产生链脲佐菌素，这是一种抗生素化合物，也是某些类型胰腺癌的重要治疗方法。
然而，目前还不清楚细菌是如何做到的。
在化学和化学生物学教授艾米丽巴尔斯克斯(Emily Balskus)的带领下，一个研究团队解决了这一过程，首次展示了该化合物是通过酶促途径产生的，并揭示了驱动这一过程的新化学过程。这项研究发表在2月7日《自然》杂志上的一篇论文中。
使这种分子成为有效抗癌剂的是一种叫做亚硝胺的化学结构——巴罗斯库斯称之为这种分子的反应性“弹头”。
众所周知，亚硝胺在许多其他化合物中具有很高的反应性和毒性，除了癌症治疗外，最常见的致癌物是从烟草到腌肉。
巴尔斯库斯说：“这种化学主题具有重大的生物学意义，已经得到了彻底的研究。“在我们工作之前，这种化学基序是如何在生物系统中产生的想法涉及非酶化学——它只是在适当的条件下发生。”
然而，巴尔斯库斯和他的同事怀疑这个故事可能更复杂，并开始探索细菌是否进化成一种自然的方式来产生亚硝胺化合物。
“这是我们在这篇文章中发现的，”她解释道。“我们发现了细菌用来构建链脲佐菌素的生物合成基因和生物合成酶。
“就如何打造这个功能组而言，透露出来的是一个巨大的惊喜，”她继续说道。“因为事实证明，它是由一种酶以非常不同的方式产生的亚硝胺组成的。这种反应在生物学或合成化学领域的先例非常有限。”
巴尔斯库斯和他的同事发现了一种铁依赖酶，它有两个不同的结构域，每个结构域催化这一过程中的不同步骤。
Balskus说：“这两个领域与酶中的其他化学相关，但在蛋白质的背景下，它们正在做一些非常新的事情。"一般来说，从纯化学的角度来看，它是一种非常令人兴奋的酶."
她补充说，从生物学的角度来看，这同样令人兴奋，因为这是生物学第一次进化出产生亚硝胺的特定方式。
巴尔斯库斯说：“当我们在细菌基因组中寻找看起来像这样的酶时，我们会看到许多这样的酶，包括人类病原体中的一些基因簇和与植物共生的生物体。“因此，我们似乎没有完全意识到大自然是如何使用这类化合物的。人们发现有特殊的酶来制造这种类型的功能团，它可能由如此多种微生物组成的事实表明，它因其生物学而发挥着重要作用。”
Balskus说，展望未来，她正与合作者合作，在分子水平上理解酶的作用，并更好地理解亚硝胺生产的中间步骤。
巴尔斯库斯还想研究其他细菌——尤其是人类病原体——是否以及如何依赖类似的酶来产生潜在的有毒化合物。
她说：“我们想回答的问题是，这种新的酶是否允许人类病原体做一些破坏宿主的事情。“现在我们已经发现了这些基因簇，我们可以开始问这些含有N-亚硝胺的其他化合物可能在做什么。”
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