I årtionden, vetenskapsmän och läkare har vetat att bakterier i jorden kunde producera streptozotocin, en antibiotisk förening som också är en viktig behandling för vissa typer av bukspottskörtelcancer.

Vad som var mindre tydligt, dock, var exakt hur bakterier lyckades göra det.

Under ledning av Emily Balskus, Professor i kemi och kemisk biologi, ett team av forskare har tagit bort den processen, visar för första gången att föreningen produceras genom en enzymatisk väg och avslöjar den nya kemin som driver processen. Studien beskrivs i en artikel från 7 februari publicerad i Natur .

Vad gör molekylen till ett så effektivt medel mot cancer, är en kemisk struktur känd som en nitrosamin - vad Balskus kallade molekylens reaktiva "stridsspets".

Känd för att vara mycket reaktiv, nitrosaminer har visat sig vara giftiga i en mängd andra föreningar, och är mest kända utanför cancerbehandlingen som cancerframkallande i allt från tobak till köttfärs.

"Detta kemiska motiv har en stor biologisk relevans, och har undersökts noggrant, "Sa Balskus." Fram till vårt arbete, synen på hur detta kemiska motiv genererades i biologiska system involverade icke-enzymatisk kemi-det var bara något som inträffade under rätt förhållanden. "

Balskus och kollegor, dock, misstänker att historien kan vara mer komplex, och bestämde sig för att undersöka om bakterier utvecklat en naturlig väg för att producera nitrosaminföreningar.

"Det är vad vi hittade i den här artikeln, "förklarade hon." Vi upptäckte de biosyntetiska generna och det biosyntetiska enzym som bakterierna använder för att bygga streptozotocin.

"Och det som avslöjade var en stor överraskning när det gäller hur denna funktionella grupp skapas, "fortsatte hon." Eftersom det visar sig att det är framställt av ett enzym på ett helt annat sätt än alla andra kända sätt att göra nitrosamin. Reaktionen har mycket begränsad, om någon, prejudikat i biologisk eller syntetisk kemi. "

Vad Balskus och kollegor fann var ett järnberoende enzym med två olika domäner, var och en katalyserar olika steg i processen.

"Båda dessa domäner hade associerats med annan kemi i enzymer, men i samband med detta protein, båda gör saker som är riktigt nya, "Sa Balskus." Så totalt sett, ur ett rent kemiskt perspektiv, det är ett mycket spännande enzym. "

Det är lika spännande ur ett biologiskt perspektiv, tillade hon, eftersom det för första gången visar att biologin utvecklat en specifik väg för tillverkning av nitrosaminer.

"Och när vi söker bakteriegener efter enzymer som ser ut som den här, vi ser många av dem, inklusive några i genkluster i mänskliga patogener och i organismer som lever i symbios med växter, "Sa Balskus." Så det verkar som att vi har underskattat hur naturen kan använda föreningar som detta. Upptäckten att det finns dedikerade enzymer för att göra denna typ av funktionell grupp, och det faktum att det kan tillverkas av så många typer av mikrober tyder på en viktig roll för dess biologi. "

Går framåt, Balskus sa:hon arbetar med samarbetspartners för att förstå hur enzymet fungerar på molekylär nivå och för att bättre förstå de mellanliggande stegen i produktionen av nitrosamin.

Balskus hoppas också kunna undersöka om och hur andra bakterier - särskilt mänskliga patogener - förlitar sig på liknande enzymer för att producera föreningar som är potentiellt giftiga.

"Frågan vi vill svara på är om denna nya typ av enzym tillåter mänskliga patogener att göra något som skadar värden, "sa hon." Nu när vi har hittat dessa genkluster, vi kan börja fråga vad dessa andra N-nitrosamininnehållande föreningar kan göra. "