烟草中的毒素在哪里攻击DNA

众所周知，烟草烟雾中的毒素可以改变我们的DNA，但它们在基因组中的确切位置一直是一个谜。苏黎世联邦理工学院的研究人员开发的一种新方法现在为黑暗带来了光明。在未来，这可能使确定许多化学物质的安全性比以往任何时候都更容易。

烟草烟雾中的化合物会改变肺细胞的DNA，从长远来看会导致癌症。苏黎世联邦理工学院的研究人员现在首次能够精确定位这些变化。他们的结果很清楚：他们在细胞培养实验中确定的DNA变化模式与肺癌中已知的突变一致。

虽然这些结果并不是第一个显示吸烟与肺癌之间联系的结果 - 这种因果关系早已建立 - 但直到现在，由苏黎世联邦理工学院毒理学教授Shana Sturla领导的科学家才能够使用他们的新方法来准确绘制哪些DNA构建块在此过程中发生了变化。通过这种方法，有一天也可以确定其他毒素对细胞的影响 - 并且使用细胞培养和分子生物学分析应该相对容易。到目前为止，这种毒理学研究必须使用实验动物进行。

在他们的研究中，研究人员专注于一种特定的化合物：苯并芘，该研究现已发表在ACS Central Science杂志外部页面call_made。这是在烟草燃烧时产生的。当化合物进入人体时，它会转化为非常特殊的代谢物，这些代谢物长期以来以其毒性而闻名。科学家们将这些苯并芘代谢物添加到肺细胞中，并在实验室中培养用于研究。

变化是突变的前兆

一段时间以来，人们已经知道苯并芘代谢物与DNA构建块鸟嘌呤(构建块中的G通常缩写为A，C，T和G)反应，并在称为烷基化的过程中改变它。尽管细胞中有修复机制可以逆转这种变化，但它们并非在所有情况下都有效。如果细胞在没有首先逆转烷基化的情况下分裂，则DNA突变发生在该位点 - 其中一些突变会导致癌症。众所周知，香烟烟雾的致癌作用主要是由于苯并芘代谢物。

苏黎世联邦理工学院的研究人员现在想要确定苯并芘代谢物倾向于改变DNA中的哪些鸟嘌呤，特别是这些变化中的哪些也会长期存在。为此，他们使用了特异性结合改变鸟嘌呤的抗体。有几种方法帮助研究人员随后绘制了这些地点的地图。在其中一种方法中，科学家们以类似于PCR反应的方式复制DNA链。每当复制机器到达改变的鸟嘌呤时，它就会被阻塞，复制过程就会停止。随后的DNA测序使研究人员能够确定这种终止发生的位置，从而推断DNA改变的位置。

检查各种化学品

鸟嘌呤的烷基化只是毒素改变DNA的无数方式之一。研究人员现在计划调整他们的方法，以便他们将来也可以绘制其他DNA变化。这将有许多应用：然后可以使用简单的细胞培养实验分析各种化合物，以预测它们导致癌症的风险。此外，有可能研究哪些细胞类型和哪些个体遗传易感性特别容易受到DNA变化的影响，从而容易发生致癌变性。

“一旦我们了解了哪些化学物质导致哪些DNA变化，我们也将能够倒退，对于已知的基因组变化，确定哪些毒素最有可能促成它们，”Sturla说。

更重要的是，这些测试可用于基础研究，以找出癌细胞中特征突变特征是如何产生的。最终，Sturla正在考虑使用这种方法不仅研究化学毒素，还研究由环境因素，营养或正常细胞衰老引起的DNA变化。