近年來，微生物在疾病治療領域的研究逐漸興起，美國白宮甚至曾策劃過“國家微生物組計劃”，再次將微生物研究推向高潮。微生物與人體健康息息相關，影響著營養(yǎng)代謝、免疫防御等眾多生理過程，同時研究發(fā)現(xiàn)微生物與精神分裂、帕金森、結腸炎、癌癥等相關。

近日，來自貝勒醫(yī)學院(Baylor College of Medicine)和*德克薩斯大學(University of Texas at Austin)的研究人員領導的一個科學家小組則恰好利用大腸桿菌，發(fā)現(xiàn)可能引發(fā)DNA損傷的人類蛋白，且這種蛋白可能會促使細胞發(fā)生癌變。他們的研究結果以“Bacteria-to-Human Protein Networks Reveal Origins of Endogenous DNA Damage”為題發(fā)表在醫(yī)學雜志《Cell》上。

惡性腫瘤（癌癥）是由正常細胞的原癌基因受到誘變劑激活而轉化為不受控制的異常細胞引起的。惡性腫瘤會不停消耗機體的資源，擠占空間并在短時間內快速的分裂增殖。我們都知道相當一部分的致癌物來自食物，食物在腸道被*分解吸收的。

過去的幾十年中，人們的飲食習慣發(fā)生了巨大變化，可能會對宿主的免疫反應產(chǎn)生影響并引發(fā)炎癥，并且極大的影響腸道微生物群的組成。因為在腸道內大約有著十幾萬億的細菌，它們有好有壞。腸道菌群中的益生菌和有害細菌分別起著不同的作用。有害細菌會將消化的食物和一些其他物質分解成多種致癌物（亞硝胺等），之后人體將會把這些致癌物吸收。

舉個簡單的例子，大眾普遍認為易致癌的燒烤食物，是因為過渡食用燒烤食物，可以被腸道微生物代謝產(chǎn)生損傷DNA的物質。所以腸道微生物在癌癥發(fā)展中發(fā)揮了不可替代的作用。

而導致癌癥突變的內在機制可能是DNA損傷的結果。盡管環(huán)境的損害，如紫外線照射或煙草煙霧，可導致DNA損傷，但大多數(shù)DNA損傷是由于涉及細胞成分和分子（包括蛋白質）的細胞過程造成的。在這項研究中，我們發(fā)現(xiàn)，當某些蛋白質被細胞過度分泌時，會對DNA造成損害，從而導致癌癥。因此，當務之急便是弄清這些蛋白質的身份。

為了確定這些蛋白質的身份，羅森博格和他的同事設計了一種非常規(guī)的方法。他們通過觀察蛋白質來搜索促進人體細胞DNA損傷的蛋白質，這些蛋白質在過量產(chǎn)生時會在細菌大腸桿菌中引起DNA損傷。

不僅如此，研究人員還對細菌進行了基因改造，以便在DNA被破壞時發(fā)出紅色熒光。然后，他們分別過表達大腸桿菌中存在的4000個基因中的每一個，并確定哪些基因使細菌發(fā)紅光。

“我們發(fā)現(xiàn)了一個廣泛而多樣的蛋白質網(wǎng)絡，當它們過量生產(chǎn)時，會以導致DNA損傷的方式改變細胞，”Rosenberg說。“正如預期的那樣，這些蛋白質中的一些參與DNA加工或修復，但令人驚訝的是，大多數(shù)蛋白質與DNA沒有直接關聯(lián)。例如，一些DNA損傷蛋白參與分子在細胞膜上的轉運“。

當研究人員尋找他們在細菌中發(fā)現(xiàn)的DNA“損傷”蛋白質的人類蛋白質親屬（protein relatives）時，他們發(fā)現(xiàn)了284個氨基酸序列。有趣的是，他們確定這些人類蛋白質與癌癥更相關，而不是隨機的蛋白質組。

此外，蛋白質的RNA（蛋白質產(chǎn)生的指標）預測了腫瘤的誘變（mutagenesis ）和患者預后不良。當研究人員在實驗室中過量產(chǎn)生人體細胞中的這些蛋白質時，一半的蛋白質會引發(fā)DNA損傷和突變。

我們發(fā)現(xiàn)大腸桿菌可以幫助快速，廉價地鑒定DNA損傷蛋白質和人體細胞中的作用機制。已知一些蛋白質及其機制與癌癥有關，但是其他許多蛋白質并沒有被懷疑在致癌名單中，“貝勒醫(yī)學院分子和人類遺傳學，分子病毒學和微生物學教授，Dan L Duncan綜合癌癥中心成員，共同通訊作者Christophe Herman博士說。

“我認為識別DNA可以被破壞的方式非常特別。這項研究為開發(fā)保護我們基因組的新機制以及它們的功能障礙如何改變我們的DNA完整性并導致癌癥開辟了新的途徑，”德克薩斯大學*分校生物科學副教授，Baylor的Dan L Duncan綜合癌癥中心成員，共同通訊作者Kyle M. Miller博士說。“這是模型生物發(fā)現(xiàn)能夠揭示人類細胞和癌癥如何發(fā)揮作用的基本生物過程的力量的另一個例子。”

之前已有研究表明:操縱微生物成分可作為一種有效的策略，來預防或減輕癌癥易感性。腸道微生物群的組成會以一種不依賴基因型的方式，影響并改變主要的碳代謝。無論對癌癥治療還是診斷，我們都期望能將腸道細菌的作用盡快運用到臨床實踐中，造福更多的癌癥患者。