โคลิแบคตินมีกลไกคล้ายระบบนำวิถี ที่ช่วยระบุเป้าหมายและทำลายดีเอ็นเอ ด้วยการสร้างสะพานเชื่อมติดระหว่างเกลียวคู่ของดีเอ็นเอจนเกิดความเสียหาย

โคลิแบคติน (colibactin) เป็นสารพิษจุลินทรีย์ที่ผลิตโดยแบคทีเรียในลำไส้ ซึ่งรวมถึงแบคทีเรีย Escherichia coli บางสายพันธุ์ สารพิษนี้ก่อให้เกิดการกลายพันธุ์ที่เกี่ยวข้องกับมะเร็งลำไส้ใหญ่ แม้ว่าแบคทีเรียในลำไส้ส่วนใหญ่จะเป็นประโยชน์หรือเป็นกลาง แต่แบคทีเรียบางชนิดที่ผลิตสารพิษ เช่นโคลิแบคตินนั้นถือเป็นอันตรายอย่างยิ่ง นับตั้งแต่มีการค้นพบโคลิแบคตินในปี 2549 หลักฐานที่บ่งชี้ว่ามันมีส่วนก่อให้เกิดมะเร็งลำไส้ใหญ่ ซึ่งเป็นโรคที่ส่งผลกระทบต่อประชากรประมาณ 1 ต่อ 25 คน ในสหรัฐอเมริกาก็ถูกรวบรวมเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ

จากงานวิจัยกล่าวว่า หลักฐานที่หนักแน่นที่สุดประการหนึ่งมาจากรูปแบบการกลายพันธุ์ที่เป็นเอกลักษณ์ที่พบในมะเร็งลำไส้ใหญ่ของมนุษย์ โคลิแบคตินไม่ได้ทำลายดีเอ็นเอแบบสุ่ม แต่มันสร้างความเสียหายและทิ้งการกลายพันธุ์ที่เฉพาะเจาะจงไว้ในลำดับอนุพันธ์ของดีเอ็นเอ (DNA Sequences) การกลายพันธุ์เหล่านี้ปรากฏในร่องลอยทางพันธุกรรมของมะเร็งลำไส้ใหญ่ถึง 5 ถึง 20 เปอร์เซ็นต์ นอกจากนี้ยังพบเชื้อ E. coli ที่มียีนที่จำเป็นในการสร้างโคลิแบคตินในผู้ป่วยมะเร็งลำไส้ใหญ่บ่อยกว่าคนที่มีสุขภาพดี

อย่างไรก็ตาม โครงสร้างของโมเลกุลโคลิแบคติน ซึ่งเป็นคำอธิบายว่ามันสร้างการกลายพันธุ์ที่เป็นลักษณะเฉพาะได้อย่างไรนั้นยังคงเป็นปริศนา นักวิทยาศาสตร์เคยศึกษาเฉพาะชิ้นส่วนหรืออะนาล็อกที่ไม่สมบูรณ์ของโมเลกุลจริงเท่านั้น เนื่องจากโคลิแบคตินไม่มีเสถียรภาพและสลายตัวเร็วเกินไปเมื่อลอยตัวอย่างอิสระ นักเคมี Emily Balskus และเพื่อนร่วมงานได้แก้ปัญหานี้โดยใช้จุลินทรีย์ในลำไส้ที่มีชีวิตเพื่อผลิตสารเคมีดังกล่าว ซึ่งเป็นวิธีการที่ค่อนข้างนอกแบบแผน ทีมงานได้ระบุลำดับดีเอ็นเอสั้น ๆ ที่โคลิแบคตินชื่นชอบ จากนั้นจึงใช้ลำดับเหล่านั้นเป็นเหยื่อเพื่อจับโคลิแบคตินที่ผลิตโดยจุลินทรีย์ จากนั้นพวกเขาจึงกำหนดโครงสร้างของสารประกอบที่ซับซ้อนโดยใช้เทคนิคต่าง ๆ ซึ่งได้ผลดังนี้ แกนกลางที่ไม่เสถียรของโคลิแบคตินคือตัวกำหนดลำดับเป้าหมายที่สำคัญ โครงสร้างของมันประกอบด้วยแกนกลางที่มีกลุ่มไนโตรเจนที่บรรจุโปรตอนที่มีประจุบวก ซึ่งช่วยให้โมเลกุลจดจำและเกาะติดกับลำดับที่ต้องการ นอกจากนี้ยังมีแขนยาวสองข้างที่ปลายสุดมี "ตัวนำวิถี" ซึ่งเป็นรูปสามเหลี่ยมที่ทำจากคาร์บอนสามตัวที่สามารถโจมตีและสร้างพันธะเคมีกับดีเอ็นเอได้
โครงสร้างนี้ทำให้โคลิแบคตินสามารถแทรกตัวเข้าไปข้างลำดับดีเอ็นเอที่เฉพาะเจาะจง จับเกลียวทั้งสองของเกลียวคู่ และสร้างพันธะกับพวกมัน การเชื่อมโยงเคมีระหว่างเกลียวทั้งสองของดีเอ็นเอที่เรียกว่า “interstrand cross-link” จะป้องกันไม่ให้ดีเอ็นเอคลายตัวเพื่อจำลองแบบหรือถูกอ่าน แม้ว่าเซลล์จะสามารถซ่อมแซมความเสียหายนี้ได้ แต่การซ่อมแซมมักจะไม่เรียบร้อยและทิ้งการกลายพันธุ์เฉพาะไว้เบื้องหลัง มะเร็งลำไส้ใหญ่ที่เกี่ยวข้องกับโคลิแบคตินมักมีการกลายพันธุ์เหล่านั้นในลำดับดีเอ็นเอที่โครงสร้างของโคลิแบคตินกำหนดเป้าหมายอย่างแม่นยำ

การค้นพบนี้ช่วยสร้างความเชื่อมโยงระหว่างโคลิแบคตินกับร่องรอยของการกลายพันธุ์ที่เฉพาะเจาะจงซึ่งพบในมะเร็งลำไส้ใหญ่ นักวิทยาศาสตร์อาจใช้ร่องรอยของการกลายพันธุ์เหล่านี้เพื่อพัฒนาตัวทดสอบสำหรับจับกับโคลิแบคติน และช่วยให้แพทย์มีเครื่องมือที่ดีขึ้นในการประเมินความเสี่ยงมะเร็ง

ที่มาของภาพ
Professional, C. C. M. (2025, October 13). Genetic mutations in humans. Cleveland Clinic.

อ้างอิง
Cutts, E. (2025, December 4). How a bacterial toxin linked to colon cancer messes with DNA. Science News.
Lecchi, C., Honaker, L., Balbo, S., & Balskus, E. P. (2025). The specificity and structure of DNA cross-linking by the gut bacterial genotoxin colibactin. Science, 390(6777), eady3571.
Schärer, O. D. (2025). Molecular basis of DNA cross-linking by bacteria. Science, 390(6777), 984–985.

Schwaller, F. (2025, September 18). Why are so many young people getting cancer? Science News.