Per decenni, scienziati e medici sapevano che i batteri nel suolo erano in grado di produrre streptozotocina, un composto antibiotico che è anche un importante trattamento per alcuni tipi di cancro al pancreas.

Quello che era meno chiaro, però, era esattamente il modo in cui i batteri riuscivano a farlo.

Guidati da Emily Balskus, Professore di Chimica e Biologia Chimica, un team di ricercatori ha districato quel processo, mostrando per la prima volta che il composto viene prodotto attraverso un percorso enzimatico e rivelando la nuova chimica che guida il processo. Lo studio è descritto in un articolo del 7 febbraio pubblicato su Natura .

Ciò che rende la molecola un agente antitumorale così efficace, è una struttura chimica nota come nitrosammina, quella che Balskus chiamava la "testata" reattiva della molecola.

Conosciuto per essere altamente reattivo, le nitrosammine hanno dimostrato di essere tossiche in una miriade di altri composti, e sono più comunemente noti al di fuori del trattamento del cancro come agenti cancerogeni presenti in tutto, dal tabacco ai salumi.

"Questo motivo chimico ha una grande rilevanza biologica, ed è stato studiato a fondo, " Balskus ha detto. "Fino al nostro lavoro, la visione di come questo motivo chimico è stato generato nei sistemi biologici ha coinvolto la chimica non enzimatica:era solo qualcosa che si è verificato nelle giuste condizioni".

Balskus e colleghi, però, sospettavo che la storia potesse essere più complessa, e ha deciso di esplorare se i batteri hanno sviluppato un percorso naturale per produrre composti di nitrosammina.

"Questo è ciò che abbiamo trovato in questo documento, " ha spiegato. "Abbiamo scoperto i geni biosintetici e l'enzima biosintetico che i batteri usano per costruire la streptozotocina.

"E ciò che ha rivelato è stata una grande sorpresa in termini di come viene realizzato questo gruppo funzionale, " ha continuato. "Perché si scopre che è prodotto da un enzima in un modo molto diverso rispetto a tutte le altre vie conosciute per produrre nitrosammina. La reazione è molto limitata, se del caso, precedente in chimica biologica o sintetica."

Quello che Balskus e colleghi hanno scoperto era un enzima ferro-dipendente con due diversi domini, ognuno dei quali catalizza diverse fasi del processo.

"Entrambi questi domini erano stati associati ad altre sostanze chimiche negli enzimi, ma nel contesto di questa proteina, entrambi stanno facendo cose davvero nuove, " Balskus ha detto. "Quindi, nel complesso, da un punto di vista puramente chimico, è un enzima molto eccitante."

È ugualmente eccitante da un punto di vista biologico, lei ha aggiunto, perché mostra per la prima volta che la biologia ha sviluppato un percorso specifico per la produzione di nitrosammine.

"E quando cerchiamo genomi batterici per enzimi che assomigliano a questo, ne vediamo tanti, includendone alcuni nei gruppi di geni nei patogeni umani e negli organismi che vivono in simbiosi con le piante, " Balskus ha detto. "Quindi sembra che abbiamo sottovalutato il modo in cui la natura potrebbe utilizzare composti come questo. La scoperta che esistono enzimi dedicati per realizzare questo tipo di gruppo funzionale, e il fatto che possa essere prodotto da così tanti tipi di microbi suggerisce un ruolo importante per la sua biologia".

Andando avanti, Balskus ha detto, sta lavorando con i suoi collaboratori per capire come funziona l'enzima a livello molecolare e per capire meglio le fasi intermedie nella produzione di nitrosammina.

Balskus spera anche di indagare se e come altri batteri, in particolare i patogeni umani, si affidano a enzimi simili per produrre composti potenzialmente tossici.

"La domanda a cui vogliamo rispondere è se questo nuovo tipo di enzima consente ai patogeni umani di fare qualcosa che sta danneggiando l'ospite, " ha detto. "Ora che abbiamo trovato questi gruppi di geni, possiamo iniziare a chiederci cosa potrebbero fare questi altri composti contenenti N-nitrosamina".