Sebastian Deindl - populärvetenskaplig presentaiton

Mekanismer och reglering av proteinmaskiner på molekyl- och atomnivå.

Molekylära maskiner är proteiner som omvandlar kemisk energi till fysiskt arbete i cellen. Vår forskargrupp studerar hur den strukturella arkitekturen och dynamiken hos de molekylära maskinerna tillsammans möjliggör och styr deras funktion. Stort fokus ligger på nukleinsyrasyra-samverkande enzymer, vilka kan orsaka svåra sjukdomstillstånd, såsom cancer, om de inte fungerar optimalt.

För att förstå hur dessa enzymer fungerar och regleras på molekylärnivå, utveckla vi metoder baserade på single-molcule-mikroskopi och tillämpar dessa i kombination med en rad strukturella metoder, biokemi samt datorsimuleringar.

Populärvetenskaplig presentation

Proteiner och nukleinsyror är stora molekyler som bygger upp en levande cell och dess funktioner. I vår forskning använder vi bland annat metoder såsom röntgenkristallografi och elektronmikroskopi för att i minsta detalj ta reda på hur proteiner och nukleinsyror ser ut i tre dimensioner för att på så sätt kunna förstå hur de fungerar och bidrar till cellens funktion.
Vi studerar framför allt bakteriers maskineri för att översätta den genetiska koden till protein, ribosomen. Ribosomen  består av RNA och proteiner, och vi söker ny kunskap om hur ribosomer bildas, fungerar och blockeras av antibiotika. Vi studerar också hur bakterier på olika sätt blir resistanta mot antibiotika, kunskap som kan komma till nytta vid utvecklig av nästa generation av antibakteriella läkemedel.

Vi söker också svar på generella frågor om hur evolutionen verkar på atomnivå.  Hur utvecklas nya funktioner hos proteiner och hur anpassas proteiner till ändrade förhållanden? Är proteiner som vid första anblick verkar näst intill obesläktade med andra kända proteiner "unga", eller har de evolverat så snabbt att vi inte med vanliga metoder kan känna igen i vilken familj de hör hemma?

I samband med invigningen av MAXIV berättade jag i vetenskapsradion om hur synkrotronstrålning kan användas för att förstå antibiotikaresistens. Lyssna här: Vetenskapsradion 21 juni 2016

Under en vistelse på University of Otago, Nya Zeeland, medverkade jag i vetenskapsprogrammet Our changing world. Lyssna här: Our changing world 18 maj 2017

Populärvetenskaplig presentation

Enzymer är naturens katalysatorer. De minskar tidsramen av de kemiska reaktioner som driver biologin från miljontals år till bråkdelar av sekunder. Inga konstgjorda katalysatorer har någonsin kunnat komma nära sådana katalytiska förmågor. Sålunda är det av stort intresse att förstå hur enzymer fungerar och utvecklar sig, från både ett biokemisk och bioteknologisk perspektiv. Kamerlin gruppen använder en rad olika beräkningsmetoder för att förstå hur enzymfunktionalitet utvecklas, och vad de drivkrafter som ligger bakom enzymselektivitet och promiskuitet är. Vi kombinerar detta med grundläggande studier av kemisk reaktivitet och metodutveckling för beräkningsenzymologi. Framför allt är vi intresserade av att förstå mekanismer av fosforyl överföringsreaktioner: reaktionerna som driver livet, och som är så oerhört svårt att effektivt katalysera. Slutligen har vi flera pågående sidoprojekt, bland annat att studera DNA struktur och dynamik, och förstå GTP hydrolys på ribosomen.

Populärvetenskaplig presentation

Vår forskning har tre huvudinriktningar med syfte att förstå A) mykobakteriernas cellmorfologi och fysiologi, B) små regulatoriska och icke-kodande RNA molekylers funktion hos mykobakterier samt C) den underliggande mekanismen hur ett katalytiskt RNA klyver sitt substrat.

Ett flertal mykobakterier orsakar svåra infektionssjukdomar t ex Mycobacterium tuberculosis som orsakar tuberkulos. Behandling av tuberkulos är lång vilket även gäller andra mykobakterieinfektioner och vi ser en ökad förekomst av antibiotikaresistens. Våra studier kring cellens form och hur denna regleras samt sökandet efter ny kunskap om små RNA molekyler hos mykobakterier kommer att leda till ny kunskap som vi förespeglar oss kommer att få betydelse för den framtida hälsovården och specifikt för behandling av sjukdomar orsakade av mykobakterier.

Populärvetenskaplig presentation

Det övergripande målet för vår forskning är att förstå vilka evolutionära processer som har påverkat, och fortfarande påverkar, arvsmassan och lett till förändringar av biologin hos eukaryota mikroorganismer. Vi fokuserar på diplomonader, en grupp som utmärker sig genom att ha arvmassan fördelad i två separata cellkärnor. Kunskap från vår forskning ger en djupare förståelse för uppkomsten och evolutionen av parasiter och vilka roller som eukaryota mikroorganismer har i miljön.

Sedan många år använder jag en grupp av organismer som heter diplomonader som modell. Med hjälp av sekvenseringsteknologi kartlägger vi arvsmassan för olika diplomonader. Med bioinformatiska metoder identifiera vi skillnader och likheter inom gruppen och mellan diplomonader och andra organismer. Sedan försöker vi koppla skillnaderna i arvsmassan med skillnader i biologin.

Gruppen diplomonader innehåller parasiter som t.ex. infekterar människor (Giardia lamblia) eller fiskar (Sprionucleus salmonicida), men även arter som inte ger upphov till sjukdom i värdorganismen och arter som lever fritt i miljön. Vi har visat att diplomonader har anpassat sig till att leva i syrefattiga miljöer genom att ta upp arvsmassa från andra organismer. Vi har också visat att vissa diplomonader har hydrogenosomer som är vätgasproducerande organeller.

Våra studier av genomsekvenser visar på att snabb evolution av genfamiljer har bidragit ytterligare till specialiseringar inom gruppen. Mycket tyder också på att diplomonader har möjlighet att utbyta genetisk information genom sexuell rekombination som antagligen endast sker sporadiskt. Vår forskning har bidragit till att diplomonader nu är en av de bättre studerade grupperna av mikrobiella eukaryoter.

Populärvetenskaplig presentation

Vårt fantastiska immunförsvar skyddar oss från angripande mikroorganismer, men kan ibland felaktigt börja attackera vår egen kropp. Denna immunreaktion mot kroppseget kan bli kronisk och leda till att en autoimmun sjukdom utvecklas. Autoimmunitet upptäcks oftast genom förekomst av speciella antikroppar i blodet som reagerar på kroppsegna ämnen. I vår forskning vill vi förstå varför vissa B lymfocyter och deras produktion av antikroppar felaktigt missriktas mot proteiner i kroppen och därigenom orsakar inflammation och vävnadsskada.

Det är väl känt att vissa B lymfocyter har en naturlig bindning till kroppsegna proteiner. Dessa tros vara viktiga komponenter i det naturliga kretslopp som tar hand om restprodukter från våra celler. Huruvida dessa B lymfocyter utgör en potentiell bas för utveckling av självreaktiva B lymfocyter vid autoimmunitet är oklart. Målet med vår forskning är att förstå hur B lymfocyter och antikroppar med självreaktivitet bidrar till autoimmun inflammation. I ett modellsystem för reumatoid artrit (RA) studerar vi hur självreaktiva B celler tappar kontrollen och bidrar till autoimmunitet. Vi undersöker deras lokalisation, ursprung och funktion. Även hur B lymfocyterna samverkar med andra immunceller för att förstärka den autoimmuna processen undersöks. Vidare studerar vi i blodprover från RA patienter hur Fc receptorer på immunceller aktiveras av antikroppar och hur detta frisätter inflammatoriska ämnen och orsakar inflammation.  

Studierna kommer att ge ökad förståelse om naturligt förkommande självreaktiva B lymfocyter och deras potential att aktivera autoimmunitet. Kunskaperna kan generera möjliga terapier om hur dessa celler och antikroppar kan hämmas vid autoimmun sjukdom.

Läs gärna om vår forskning i forskningsartikeln av Elsa Knöös, Värmdö Gymnasium, Naturvetenskapligt program inriktning forskning -journalistik, klass 17NAB, Stockholm. November 2019.
 

Populärvetenskaplig presentation

Proteinsyntes och proteinveckning - mekanismer, sjukdomar och bioteknik

Ribosomen är cellens proteinfabrik, den läser den genetiska koden från budbärar RNA (av engelskans messenger-RNA, förkortat mRNA) molekyler och sätter sedan ihop de korresponderande aminosyrorna till proteiner. Proteinsyntesen kräver även ett flertal hjälpproteiner, så kallade translationsfaktorer som alla har viktiga roller att spela i denna mycket komplicerade process. I vårt labb försöker vi förstå hur ribosomen och de olika translationsfaktorerna fungerar och hur de samarbetar för att koordinera proteinsyntesen och hur de olika stadierna i processen går till.

De flesta av våra experiments genomförs i provrör (snarare än i levande celler) med avancerade biokemiska och molekylärbiologiska metoder vilket ger oss en uppfattning om hur de olika komponenterna fungerar även inne i cellen. Dessutom låter det oss studera hur antibiotika, som ofta angriper ribosomen i bakterier, fungerar. Dessa studieer är särskilt viktiga för att bekämpa allvarliga antibiotikaresistenta bakterier som t.ex. de som orsakar tuberkulos. I framtiden kan dessa studier även bidra till design av nya antibiotika mot resistenta mikrober. Utöver detta så kan vi nu med hjälp av de individuella komponenterna i proteinsyntesmaskineriet producera olika proteiner artificiellt i laboratoriet vilket är ett av de första stegen till att skapa en helt syntetisk cell.

Efter att ett protein byggts upp av ribosomen så måste det veckas för att få sin tilltänkta funktion. Vi har demonstrerat att ribosomen själv kan hjälpa nybildade proteiner att hitta sin rätta veckning. Nyligen har vi även hittat en koppling mellan denna funktion hos ribosomen och prionsjukdomar som t.ex. galna ko-sjukan, scrapie och Creutzfeldt-Jacobs sjukdom. Prioner är felveckade proteiner som kan överföra sin defekta veckning till andra korrekt fungerade proteiner och bilda så kallade amyloidfibrer vilka kan skada olika organ, bland annat hjärnan. Vi håller just nu på med att studera ribosomens roll i att vecka prionproteiner vilket kommer låta oss bidra till att utveckla strategier för att bekämpa dessa allvarliga sjukdomar.

Populärvetenskaplig presentation

Mikroorganismer som inte kan odlas på plattor eller i rena kulturer utgör en stor del av biomassan och den genetiska mångfalden på jorden, men på grund av svårigheterna att studera dem har de ofta förbisetts eller förblivit oupptäckta. Bland denna grupp finns mikroorganismer som lever is symbios med flercelliga djur och växter, varav många har visat sig ha stor inverkan på både sjukdom och hälsa hos sina värdorganismer.

En djurgrupp där nära förhållanden med mikroorganismer är vanliga är insekter, som är den djurgrupp med flest beskrivna arter på jorden. Deras framgång kan till viss del förklaras med att de har lyckats anpassa sig till ovanliga och näringsfattiga dieter, såsom blod och växtsav, med hjälp av de mikrober som lever inuti dem. En del av dessa symbionter är därför helt nödvändiga för värdens överlevnad, men för många andra vet vi ännu ingenting om vad de gör i sin värd.

I vår forskning studerar vi bland annat den symbiotiska bakterien Wolbachia som bor inne i cellerna hos många olika insektsarter och påverkar deras fortplantning på olika sätt. Wolbachia kan till exempel omvandla hanar till honor, selektivt döda manliga embryon och framkalla asexuell fortplantning så att endast kvinnlig avkomma produceras. Varför? Eftersom Wolbachia endast överförs från honornas äggcell till avkomman måste Wolbachia infektera honor för att kunna överleva och spridas. För att förhindra att icke-infekterade avkommor produceras, kan Wolbachia även sterilisera infekterade hanar om de försöker att para sig med en oinfekterad hona. Denna sterilitetseffekt kallas cytoplasmatisk inkompatibilitet (CI), och är i fokus för en stor del av vår forskning eftersom ett av våra mål är att ta reda på vilka Wolbachia-gener som orsakar CI.

För att nå detta mål och lära oss mer om den naturliga mångfalden av symbiotiska bakterier, sekvenserar vi arvsmassan från många olika Wolbachia-stammar och andra bakterier som lever i insekter och leddjur och jämför dem med varandra. Med denna metod kan vi lära oss mer om hur dessa bakterier har anpassat sig till att leva i symbios och förhoppningsvis förstå hur de påverkar sin värd.

Populärvetenskaplig presentation

Ribosomen och dess hjälpfaktorer konstituerar det effektiva maskineri med vilket cellerna konstruerar alla de proteiner de behöver för att hålla sig vid liv, som encelliga organismer eller som byggstenar i komplexa, mångcelliga organismer som vi själva. Ribosomerna består av två subenheter, den lilla och den stora subenheten. Av aminosyror bygger ribosomerna bygger långa peptidkedjor, vars olika sekvenser avgör till vilka strukturer kedjorna vecklar ihop sig till, som i sin tur bestämmer proteinernas olika funktioner i cellen.

Peptidkedjornas sekvenser finns inskrivna i generna i arvsmassans DNA. I transkriptionsprocessen transkriberar RNA-polymeraset genernas information till budbärar-RNA (mRNA), som positioneras mellan ribosomens subenheter vid initiering av proteinsyntesen, och som ribosomen läser av för att bygga en korrekt kedja av aminosyror.

Varje aminosyra är kemiskt kopplad till en eller flera specifika transport-RNA (tRNA). Dessa anländer till ribosomen i komplex med hjälpproteinet EF-Tu och läser av mRNAts kod så att aminosyrorna kommer in på sina rätta platser i peptidkedjan. När en aminosyra bundits in i peptidkedjan flyttas, eller translokeras, mRNA och tRNA ett kodord bakåt i ribosomens ram med hjälp-proteinet EF-G, så att ett nytt tRNA och en ny aminosyra kan bindas in i den växande peptidkedjan. Så håller det på ända tills peptidkedjan är klar och lösgörs från ribosomen med hjälp av två termineringsfaktorer. För att ribosomen skall kunna ”återvinnas” för att att sedan sätta ihop ett nytt protein måste den tudelas i sina subenheter. Detta sker återigen med hjälp av EF-G, och ett återvinningsprotein som kallas RRF (ribosomal recycling factor).

I vår forskning studerar vi alla dessa steg, i första hand för bakteriers proteinsyntes men för några faktorer också för eukaryoter (som inkluderar oss människor). Transkriptionen av mRNA från DNA beskriver vi med hjälp av matematiska modeller, för att försöka förstå hur RNA-polymeraset kan sätta ihop mRNA med en sådan stor precision som har observerats. Initieringen av proteinsyntesen och den upprepade förlängningen av peptidkedjorna studeras med biokemiska metoder. Vi har stort intresse för hur  noggrannt tRNA-molekylerna kan läsa av den genetiska koden, hur denna noggrannhet uppstår och hur den försämras eller förbättras genom mutationer, antibiotika-preparat och betingelser i omgivningen.

Vi är också intresserade av hur ribosomens andra processer, som initiering, translokation, terminering och återvinning, kan ske så snabbt och felfritt. För att förstå dessa har hittills krävts att de ribosomala konformationer som är inblandade kan ”frysas”, men de frysta komplexen är inte de autentiska, funktionella komplex som svarar för de kinetiska förlopp som utgör ribosomens funktioner. En väg att lösa detta är genom kryo-EM-spektroskopi, vilket vi använder i studiet av återcyklingskomplex i samarbete med Columbia-universitetet i USA. I ett annat samarbetsprojekt, med universitetet i Hamburg, använder vi en metod för att detektera var på mRNAt som ribosomerna sitter för att studera effekten av ett antibiotikum på translokation och återvinning. Vi använder även matematiska modeller och stokastiska datorsimuleringar för att studera växande bakteriers reglersystem av genuttryck och deras påverkan på tillväxten, samt hur reglersystemen påverkas av antibiotika.

Populärvetenskaplig presentation

Små RNA styr geners aktivitet

Under de senaste tio åren har vi sett ett paradigmskifte. Den bild vi hade om hur geners aktivitet styrs är föråldrad, och vi vet nu att små (och stora) RNA-molekyler är mycket viktiga aktörer i livsprocessernas arena. Alla organismer har DNA som arvsmassa. Geners aktivitet kontrolleras noggrant så att rätt äggviteämne kan tillverkas när och var det behövs. Snabba ändringar i en bakteries miljö eller bildandet av en nervcell kräver att gener slås på eller av. Tidigare antogs bara styrproteiner kontrollera genaktivitet men nu vet vi att RNA-molekyler kan det också! År 2001 hittade vi många då helt okända korta RNA i en tarmbakterie. Nästan all har styrfunktioner. Sedan hittades otaliga korta RNA (mikroRNA) i djur och växter. Även de styr gener – t.ex. under vävnaders bildande och en masks larvutveckling.

Hur kan korta RNA styra genaktivitet? Lösningen skönjer vi i den dubbeltrådiga DNA-strukturen, där två ihoptvinnade trådar hålls ihop genom att kvävebaser parar med varandra (de är "komplementära"). På samma sätt är styrRNA komplementära till mRNA (budbärar-RNA, ett RNA som är mallen för att bygga upp ett protein). Bindning av ett styrRNA gör att ett mRNA blir inaktivt. StyrRNA som fungerar på det sättet kallas även antisens-RNA.

Denna antisens-typ av genstyrning finns i alla organismer. Vi studerar en vanlig bakterie, Escherichia coli. Dels undersöker vi biologiska funktioner för dessa nya RNA, dels lär vi oss om mekanismer för hur ett antisensRNA binder sitt "mål"RNA och utövar sin effekt. Vi vill även förstå RNA-reglering generellt. Bakteriella styrRNA är längre än mikroRNA i växter och djur och har en del annorlunda egenskaper. De har tre-dimensionella strukturer (speciella öglor) som är viktiga för deras aktivitet. Ett styrRNAs inhiberande effekt på mRNA kan variera: mRNAt kan bli instabilt och förstöras, eller så blockeras proteintillverkningen. Styr-RNA kan även aktivera gener.

Vi har detaljstuderat flera styrRNA och deras funktioner. Ett av dem kan stoppa tillverkningen av ett giftämne som bakterien producerar under stress (DNA-skador). Två andra reglerar ytstrukturer, "curli", som byggs upp på cellens utsida och tillåter bakterier att vidhäftas på ytor (biofilm) – ofta under en infektion. Cellens yta är viktig för sjukdomsalstrande bakterier. Det är ju där kontakten med kroppens försvar sker först. Väldigt många yt- och yttermembran-proteiner kontrolleras av några få små RNA, och vi försöker att lära oss hur ett enda styrRNA kan målsöka så många olika mRNA. Vi kartlägger dessa effekter bl.a. med hjälp "djup RNA-sekvensering" och undersöker de reglerkretsar som styrRNA deltar i.

En rätt ny upptäckt är fenotypisk heterogenitet som betyder att identiskt lika bakterier i en och samma kultur kan uppvisa helt olika beteende (t.ex. att vara antingen aktiva eller "sovande"). Man kan se detta som en strategi att inte sätta allt på ett kort och därmed kunna parera plötsliga ändringar i miljön. Kortvarigt sovande bakterier kallas persisters och kan skapa problem i sjukvårde därför att de flesta antibiotika inte biter på sovande celler. Vi undersöker speciellt ett styrRNA-reglerat toxin som ökar andelen persisters. Vi vill även förstå hur bakterier växlar mellan olika livsstilar, som att simma med flageller istället för att bilda biofilm. Även här har vi hittat styrRNA som påverkar dessa beteenden.

I vår forskning använder vi genetiska, biokemiska, och små- och storskaliga molekylärbiologiska experiment. Vårt huvudintresset ligger i en djup förståelse av de fascinerande och viktiga roller som små styrRNA spelar, och hur de gör detta i molekylär detalj. Internationellt är forskning kring RNA som styrmolekyl ett mycket hett tema. Vår kunskap inom antisensRNA-forskningen kan även bidra till en förståelse av RNAs effekter på bakteriers cellyta, stresstålighet, och persisters som är relevant för att bekämpa sjukdomsalstrande bakterier.

Johan Elf - populärvetenskaplig presentation

I Johan Elfs forskargrupp jobbar ett 20-tal fysiker, ingenjörer, datavetare, molekylärbiologer, matematiker och mikrobiologer tillsammans med att utveckla tekniker för att testa olika förklaringsmodeller för hur cellens processer fungerar på molekylnivå. En del av arbetet består i att formulera matematiska teorier, som gör det möjligt att göra tydliga förutsägelser och testa modeller. Den största delen av arbetet ligger dock på att utveckla de experimentella teknikerna så att de blir tillräckligt känsliga för att testa specifika förutsägelser.

Det finns massor av tekniska utmaningar. Den allra största är att märka proteinerna med fluorescerande ämnen utan att proteinet rör sig onormalt , slutar fungera eller fungerar på annat sätt än det normalt skulle göra. Därför arbetar gruppen med att utveckla ny teknik för att byta ut en enskild aminosyra i ett specifikt protein i cellen till en fluorescerande aminosyra. De nya märkningsmetoderna utvecklas parallellt med en ny typ av extremt snabbt mikroskop för att kunna studera enskilda proteiners interaktioner med dna i levande celler ned till någon tusendels sekund.

Den senaste tidens utvecklingen av fluorescensmikroskopi som har tagit ljusmikroskopin till nanodimensioner och som belönades med Nobelpriset i kemi 2014 betyder mycket för forskningen i labbet. Om en cell liknas vid en stad kan man säga att det för tiotalet år sedan bara var möjligt att se husen, inte bilarna eller människorna. I dag kan vi däremot följa hur de enskilda människorna rör sig och vad de gör i staden. Det ger förstås helt nya möjligheter att förstå hur staden fungerar.

Johan Elf har gjort flera uppmärksammade upptäckter med hjälp av vidareutvecklingar av den Nobelprisbelönade mikroskopitekniken. En gäller hur ett reglerprotein, en transkriptionsfaktor, snabbt hittar och fäster på rätt ställe på dna-spiralen när en gen ska aktiveras. Det har funnits många teorier om detta, men med den nya mikroskopitekniken kan man se hur det verkligen går till när en transkriptionsfaktor hittar rätt plats bland miljontals alternativa bindningsställen längs dna-spiralen.

Man kan likna reglerproteinet vid en supersnabb bibliotekarie som själv, utan stöd av något datoriserat register och i trängsel med massor av andra bibliotekarier och biblioteksbesökare, lyckas leta rätt på en av miljontals böcker som står osorterade i många tusen likadana hyllor. På mindre än en tusendels sekund scannar transkriptionsfaktorn av cirka 40 dna-byggstenar, baspar, genom att glida längs dna-strängen. Om inte rätt dna-sekvens finns där lossnar den och börjar testa nya ställen  tills den når fram och fäster intill den gen som ska aktiveras.

Det till synes planlösa letandet längs korta bitar av dna-spiralen är så smidigt och så snabbt att det räcker med fem exemplar av styrproteinet för att ett av dem inom en minut ska hitta fram till och aktivera genen. Studien bekräftar modellen för hur generna hittas av sina transkriptionsfaktorer som Uppsalaforskaren Otto Berg på teoretiska grunder presenterade för mer än 30 år sedan.

Men det är inte alltid så att de detaljerade mätningarna av cellens inre liv bekräftar vedertagna modeller för hur biologin i cellen fungerar. En gängse modell säger att en gen är avstängd så länge som en hämmande transkriptionsfaktor är bunden till dna-strängen. Johan Elf kunde nyligen påvisa att det finns avvikelser mellan hur länge transkriptionsfaktorn binder och hur länge genen är inaktiv. Sådana fynd  är roligast eftersom som de strider mot det förväntade och öppnar för ny forskning.

Thijs Ettema - populärvetenskaplig presentation

Leta efter livets pusselbitar

Puzzle cellFörutom det synliga liv som omger oss (människor, djur, växter, svampar, etc.) så finns också en osynlig värld som består av mikroskopiskt små organismer, mikrober. Dessa mikrober, som också kallas för prokaryoter, är relativt enkla livsformer, till skillnad från de komplexa, eukaryota celler som vi själva består av. Ironiskt, eller snarare fascinerande, nog så formades de eukaryota cellerna genom en fusion av två sorters mikrober. Identiteten hos de båda fusionspartnerna, samt hur komplexiteten hos eukaryota celler uppstod, har länge varit helt okänd. Syftet med min forskning är att använda revolutionerande, modern teknik för att identifiera de mikrobiella förfäderna till eukaryota celler, och därmed få essentiell insikt i uppkomsten av komplext liv på jorden. De metoder vi ämnar tillämpa kommer potentiellt att komma användas inom flera forskningsfält.

Spöket i våra gener

Hur vet vi att våra förfäder går att spåra till enkla mikroorganismer? Den första ledtråden kommer från evolutionära studier av vårt genetiska material med samma metoder som används inom brottsplatsundersökning, där insamlat DNA jämförs med det från potentiella misstänkta. I evolutionära studier är “brottsplatsen” en komplex organism och de potentiella misstänkta är mikroorganismer. Genom att identifiera DNA-element som matchar mellan de komplexa organismerna och tänkbara mikroorganismer så kan vi identifiera mikrober som spelat en viktig roll i bildandet av komplexa celler. Intressant nog så pekar evolutionära studier mot två misstänkta grupper – en grupp bakterier, så kallade alfaproteobakterier, och en annan grupp mikroorganismer som först nyligen upptäckts – de hemlighetsfulla arkéerna.

Ett lyckligt mikrobiellt äktenskap

Den evolutionära signalen som vetenskapsmän upptäckt i vårt DNA antyder att bakterier och arkéer var involverade i uppkomsten av komplext liv – men hur? De senaste årtiondena har vetenskapsmän försökt formulera evolutionära modeller som kan förklara dessa observationer. För närvarande är det mest plausibla scenariot ett intrikat cellulärt samarbete – ett “äktenskap mellan mikroorganismer” – mellan arkéer och bakterier, där bakterierna så småningom inkorporerades i arkéerna. Bortom det är däremot allt höljt i dunkel, vi kan bara gissa oss till svaren på följdfrågorna: Varför och hur möttes bakterien och arkén i det “mikrobiella äktenskapet”? Vad orsakade uppkomsten av eukaryot komplexitet, som till exempel cellkärnan? Varför har komplext liv till synes bara uppkommit en gång under utvecklingen av liv på jorden? För att hitta svaren på de frågorna behöver vi veta mer om den mikrobiella bruden och brudgummen i det, anmärkningsvärt lyckliga, cellulära äktenskapet.

Ett nytt kraftfullt redskap för att spåra våra mikrobiella förfäder

I min grupp letar vi efter nya svar på frågorna kring hur komplext liv har uppstått på jorden. Nya kraftfulla metoder kommer att utvecklas för att utforska den väldiga, ännu ej kartlagda, mikrobiella diversiteten som finns i naturen. Vi ska till exempel leta efter arkéer som representerar en möjligt felande länk i övergången från organismer som har enkla cell-typer (prokaryoter) till dem som har komplexa celler som vi människor (eukaryoter). Detta kommer att leda till unika möjligheter att få fram fler bitar ur det pussel som är vår uråldriga evolutionära historia.

Senast uppdaterad: 2021-02-17