Institutionen för cell- och molekylärbiologi

Populärvetenskaplig presentation

Allt liv är beroende av metaller. Metalljoner stabiliserar proteinernas och nukleinsyrornas struktur och möjliggör kemiska reaktioner som enzymerna inte klarar av på egen hand. Omkring hälften av alla enzymer innehåller metalljoner som kofaktorer (hjälpämnen); vanligen någon av övergångsmetallerna mangan, järn, kobolt, nickel, koppar eller zink, som med sina olika egenskaper fyller en rad viktiga funktioner i cellen. Även små obalanser i cellens metallinnehåll kan få till följd att metalljoner binder till fel enzymer och slår ut deras funktion. Av denna anledning regleras upptag, lagring och export av metaller noggrant för att tillgodose varje enskild cells behov; en process som kallas metallhomeostas. I bakterier regleras metallnivåerna inuti cellen av specialiserade transkriptionsfaktorer, proteiner som känner igen och binder såväl särskilda metaller som särskilda DNA-sekvenser och på detta sätt blockerar eller förstärker uttrycket av intilliggande gener. När exempelvis en manganjon binder till en sensor som reglerar upptag av mangan blockeras uttrycket av de gener som kodar för manganimportörer. På så vis tillverkas inte nya manganimportörer om det redan finns fria manganjoner i cellen.

För att cellen ska kunna fungera är det viktigt att varje metallsensor endast reagerar på sin specifika metalljon. De övergångsmetaller naturen använder sig av ser dock snarlika ut och kan ofta binda till samma proteiner. Exakt hur metallregulatorerna bär sig åt för att skilja de olika metalljonerna åt är ännu inte utrett, och de komplicerade regulatoriska nätverk de styr över är inte heller kartlagda. Vi vill kartlägga de mekanismer som kontrollerar metallhomeostas i bakterien Saccharopolyspora erythraea, mest känd för att producera erytromycin, ett viktigt antibiotikum. Vi studerar de olika metallsensorerna från S. erythraea med biokemiska, biofysikaliska och molekylärbiologiska metoder för att ta reda på hur de skiljer på olika metalljoner samt för att reda ut vilka gener de reglerar under olika förhållanden och hur denna reglering går till.

S. erythraea och andra besläktade bakterier från aktinomycetfamiljen tillverkar en rad olika kemiska föreningar, däribland erytromycin. Dessa så kallade sekundära metaboliter är ofta kraftfulla antibiotika. I laboratoriet tillverkar de flesta aktinomyceter dock inte mycket eller inget av metaboliterna de kan producera. Därför återstår många intressanta föreningar att upptäcka. Eftersom metallnivåerna i cellen har en så kraftig inverkan på cellens metabolism skulle resultaten från detta forskningsprojekt kunna vara till hjälp för att förbättra produktionen av sekundära metaboliter i S. erythraea och andra aktinomyceter. Det finns också många aktinomyceter som orsakar sjukdomar, såsom Mycobacterium tuberculosis. Metallhomeostasen är generellt mycket viktig för överlevnaden av sjukdomsalstrande bakterier eftersom vårt immunförsvar bekämpar dem genom att undanhålla metalljoner de behöver. En ökad förståelse av de regulatoriska nätverk som styr metallhomeostasen i aktinomyceter kan således också komma till nytta i kampen mot dessa mikrober och de sjukdomar de ger upphov till.