Host and gut bacteria share metabolic pathways for anti-cancer drug metabolism

生物 寄主(生物学) 微生物学 药物代谢 肠道细菌 药品 细菌 新陈代谢 微生物代谢 代谢途径 药理学 生物化学 生态学 遗传学
作者
Peter Spanogiannopoulos,Than S. Kyaw,Ben G. H. Guthrie,Patrick H. Bradley,Joyce V. Lee,Jonathan Melamed,Ysabella Noelle Amora Malig,Kathy N. Lam,Daryll Gempis,Moriah Sandy,Wesley A. Kidder,Erin L. Van Blarigan,Chloé E. Atreya,Alan P. Venook,Roy Gerona,Andrei Goga,Katherine S. Pollard,Peter J. Turnbaugh
出处
期刊:Nature microbiology [Nature Portfolio]
卷期号:7 (10): 1605-1620 被引量:107
标识
DOI:10.1038/s41564-022-01226-5
摘要

Pharmaceuticals have extensive reciprocal interactions with the microbiome, but whether bacterial drug sensitivity and metabolism is driven by pathways conserved in host cells remains unclear. Here we show that anti-cancer fluoropyrimidine drugs inhibit the growth of gut bacterial strains from 6 phyla. In both Escherichia coli and mammalian cells, fluoropyrimidines disrupt pyrimidine metabolism. Proteobacteria and Firmicutes metabolized 5-fluorouracil to its inactive metabolite dihydrofluorouracil, mimicking the major host mechanism for drug clearance. The preTA operon was necessary and sufficient for 5-fluorouracil inactivation by E. coli, exhibited high catalytic efficiency for the reductive reaction, decreased the bioavailability and efficacy of oral fluoropyrimidine treatment in mice and was prevalent in the gut microbiomes of colorectal cancer patients. The conservation of both the targets and enzymes for metabolism of therapeutics across domains highlights the need to distinguish the relative contributions of human and microbial cells to drug efficacy and side-effect profiles.
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