肠毒素是由大肠杆菌及其他生活在人体肠道中的细菌产生的一种强效毒素。这种高度不稳定的细菌产物会导致与结直肠癌有关的DNA突变。由于它迅速分解，分离和研究它一直很困难，不过现在美国的科学家们已经找到了肠毒素攻击DNA的具体方式。
研究小组使用质谱（MS）和核磁共振（NMR）光谱等先进工具，在原子层面上研究了这种毒素，相关研究结果已在期刊Science上发表。科学家们在实验室里直接把产生毒素的细菌培养在DNA链旁边，从而克服了肠毒素的不稳定性。因此，肠毒素几乎在生成后就立即攻击遗传物质。
不稳定的胶水
研究作者发现，该毒素并不是随机攻击遗传物质。它主要针对那些富含腺嘌呤和胸腺嘧啶的DNA序列。它损害DNA的方式是通过在DNA螺旋的两条链之间形成一种桥接连接，称为链间交联（ICL）。实际上，这种毒素就像胶水一样，把两条链粘在一起。这种损伤是永久性的，阻止细胞正确地读取或复制DNA，最终导致可能引发癌症的遗传错误。
研究人员还揭示，损伤发生在同一个位置，即小沟。这是DNA骨架最接近处形成的狭窄浅沟。原因是这种毒素具有不稳定的正电核心，吸引带负电的富含AT的小沟。因此，它们就像锁和钥匙一样合适。
“我们的研究揭示了一种在天然产物中独特的DNA烷基化策略，增强了我们对colibactin化学结构、它与DNA的识别和反应以及其对宿主基因组的下游影响的理解，”科学家在论文中表示。
对人类健康的启示
这项研究是我们认识肠道微生物群与癌症风险之间直接联系的重要进展。研究发现colibactin会在特定位置与DNA结合，解释了医生在结直肠癌患者身上看到的典型DNA突变。
现在科学家们已经了解了ICL桥（ICL bridge）的结构和攻击机制，这可以帮助他们开发诊断工具筛查高风险人群，并设计治疗方法中和不稳定的核心。它甚至可以为通过饮食改变或减少肠道中产大肠杆菌素的细菌数量来降低癌症风险提供新的思路。
本篇文章的作者保罗·阿诺德撰写，由丽莎·洛克编辑，并由罗伯特·伊根进行事实核查和审阅——这篇文章是经过仔细人工编辑的结果。我们依靠像您这样的读者来支持独立的科学新闻报道。如果这篇报道对您很重要，请考虑捐赠（尤其是每月捐赠）。
更多信息： Erik S. Carlson 等，肠道细菌基因毒素 colibactin 对 DNA 交联的特异性及其结构，《科学》 (2025)。 DOI: 10.1126/science.ady3571
Orlando D. Schärer 等，细菌引起的 DNA 交联的分子基础，《科学》 (2025)。 DOI: 10.1126/science.aec9205
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