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『大肠杆菌』《自然》：20%的人肠道中都有的这个菌，竟会导致DNA断裂！科学家首次破解基因毒性大肠杆菌致癌的两种基因突变特征丨科学大发现


癌症的病因多种多样 ， 比如抽进去的烟、喝下去的酒、晒的太阳 ， 都会悄悄在细胞的DNA上动点手脚 ， 造成基因突变 ， 一不小心就突变成癌细胞了 。
但要是一个癌症患者既抽烟又喝酒 ， 生活方式还不健康 ， 这些因素对他患癌都有多少责任？怎么才能找到让他患癌的真凶？这就要看肿瘤中的突变模式了 。 不管是烟、酒、紫外线 ， 还是含马兜铃酸等有致癌风险的药物 ， 都有着自己特定的突变模式 ， 在肿瘤的基因组中留下“指纹” 。
近日 ， 荷兰皇家艺术与科学学院的Cayetano Pleguezuelos-Manzano和Hans Clevers等使用类器官绘制了基因毒性大肠杆菌导致癌症的两种基因突变特征 。 在结肠癌的驱动突变中 ， 大约有2.4%符合这两种特征 。 这一研究发表在Nature上[1] 。
『大肠杆菌』《自然》：20%的人肠道中都有的这个菌，竟会导致DNA断裂！科学家首次破解基因毒性大肠杆菌致癌的两种基因突变特征丨科学大发现
本文插图
（来自pixabay.com）
癌症的众多致病因素里 ， 微生物是十分重要的一类 。 不久前就有研究指出 ， 全球癌症中 ， 有13%来自各种传染性的致病微生物 。 而其中一些致癌的微生物 ， 比如幽门螺杆菌 ， 在人群中的分布还十分广泛 。
不过这些微生物的致癌性 ， 大多只有一些相关性的证据 ， 要给他们定罪还是差了点 。 这次 ， 研究人员破解了一种跟结肠癌密切相关的微生物——基因毒性大肠杆菌——在细胞DNA中留下的“指纹” ， 找到了它们导致癌症的切实证据 。
基因毒性大肠杆菌的存在十分广泛 。 据统计 ， 20%的健康人都携带有基因毒性大肠杆菌 ， 而在炎症性肠病和结肠癌患者中 ， 这一比例就更高了 ， 分布达到了40%和60%[2-4] 。
『大肠杆菌』《自然》：20%的人肠道中都有的这个菌，竟会导致DNA断裂！科学家首次破解基因毒性大肠杆菌致癌的两种基因突变特征丨科学大发现
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colibactin加合到DNA上（来自参考文献9）
这种大肠杆菌 ， 基因组里含有clb基因簇（也叫pks基因簇） ， 可以合成基因毒性物质colibactin 。 研究显示 ， colibactin可以在哺乳动物细胞中形成colibactin-腺嘌呤加合物[5] ， 引起链间交联（ICL）和双链断裂（DSB）[6] 。
研究人员把基因毒性大肠杆菌与人类肠道类器官放在一起 ， 进行了联合培养 ， 同时使用敲除了clb基因簇 ， 不能产生colibactin的大肠杆菌作为对照 。 研究所用的类器官 ， 最初都来自同一个细胞 ， 保证了基因的同源性 。
在共培养三天后 ， 两个类器官看上去都生长良好 ， 差异不大 。 不过与基因毒性大肠杆菌共培养的类器官里 ， 已经可以发现双链断裂和链间交联等DNA损伤了 。 共培养5个月后 ， 研究人员从最初的两个类器官上提取细胞 ， 建立亚克隆类器官 ， 并进行了全基因组测序 。
『大肠杆菌』《自然》：20%的人肠道中都有的这个菌，竟会导致DNA断裂！科学家首次破解基因毒性大肠杆菌致癌的两种基因突变特征丨科学大发现
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pks阳性的基因毒性大肠杆菌造成明显的DNA损伤（红色）
通过对比两组培养物的测序结果 ， 研究人员发现 ， 基因毒性的大肠杆菌显著增加了单碱基替换突变 ， 而且主要发生T→N的替换 ， 被替换的T大多是ATA、ATT或TTT序列里中间的那个T 。 这一基因突变特征被研究人员称为pks特异性的单碱基替换特征（SBS-pks） 。
此外 ， 研究人员还发现了一种pks特异性的插入缺失特征（ID-pks）——连续的T碱基中丢失一个T 。
对突变位点附近更大范围的分析发现 ， SBS-pks突变位点上游3bp处经常是A ， 而ID-pks上游也存在A碱基的富集 。
『大肠杆菌』《自然》：20%的人肠道中都有的这个菌，竟会导致DNA断裂！科学家首次破解基因毒性大肠杆菌致癌的两种基因突变特征丨科学大发现
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SBS-pks和ID-pks
接下来 ， 研究人员在荷兰3668例实体瘤患者的肿瘤全基因组数据中 ， 检测了SBS-


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