Hoppa direkt till innehållet
printicon
Huvudmenyn dold.

Mekanismer för upptag av kvicksilver i metylerande bakterier – omvärdering av tiolföreningars funktion

Forskningsprojekt Kvicksilver rankas av WHO som en av tio kemikalier som utgör störst hot mot global folkhälsa. Problemen uppstår främst som en följd av bildning av metylkvicksilver, en starkt neurotoxisk form av kvicksilver som anrikas i akvatiska näringsvävar och i vissa växter. I projektet studeras vad som styr upptaget av kvicksilver i metylerande bakterier.

Projektansvarig

Erik Björn
Professor
E-post
E-post
Telefon
090-786 51 89

Projektöversikt

Projektperiod:

2018-01-01 2021-12-31

Medverkande institutioner och enheter vid Umeå universitet

Kemiska institutionen

Forskningsområde

Kemi, Marin vetenskap, Miljökemi

Externa finansiärer

Vetenskapsrådet

Projektbeskrivning

Spridning av kvicksilver i akvatiska och terrestra ekosystem utgör betydande hot mot djurliv, människors hälsa och socioekonomi globalt. Kvicksilver rankas av WHO som en av tio kemikalier som utgör störst hot mot global folkhälsa. I Sverige överskrids gränsvärdet för kvicksilver i fisk i tiotusentals sjöar och kvicksilver är den främsta orsaken till rekommendationer om begränsning av fiskkonsumtion från amerikanska naturvårds- och livsmedelsverken.

Dessa stora problem med kvicksilver uppstår främst som en följd av bildning av metylkvicksilver, en starkt neurotoxisk form av kvicksilver som anrikas i akvatiska näringsvävar och i vissa växter. Metylkvicksilver bildas intracellulärt i vissa typer av anaeroba bakterier genom metylering av oorganiskt kvicksilver. Bakteriernas upptag av oorganiskt kvicksilver är det kritiska steget i denna process.

Vi saknar fortfarande en grundläggande förståelse för de mekanismer på molekylär nivå som leder till upptag och metylering av kvicksilver i bakterier. Trots en omfattande internationell forskning kring kvicksilvers biogeokemi är det förhållandevis få studier som inriktats mot att klargöra dessa processer på molekylär nivå. Ändå är det just bakteriellt upptag och metylering som är avgörande för överföringen av kvicksilver från abiotiska till biotiska system, och som orsakar den höga kvicksilverexponering som människor och djur utsätts för. Anledningen till att dessa nyckelprocesser inte studerats i större omfattning på molekylär nivå är främst de begränsningar som funnits i tillgängliga analytiska metoder.

Inom projektet formulerar vi de mekanistiska principer som styr upptaget av kvicksilver i metylerande bakterier. Tidigare forskning har visat att organiska molekyler som innehåller reducerade svavelgrupper, så kallade tioler, har stor betydelse för bakteriellt upptag av kvicksilver, men de molekylära mekanismerna är inte klarlagda. Vår forskargruppering har målmedvetet arbetat med att utveckla nya experimentella tillvägagångssätt och analytiska metoder, baserade på avancerad masspektrometri och röntgenspektroskopi med synkrotronstrålning, för att kunna studera dessa processer på en molekylär nivå. Vi har nu nått ett stadium där vi kan använda dessa metoder i avancerade experiment för att klarlägga kemisk struktur, termodynamik och kinetik för molekylära interaktioner mellan kvicksilver och tiolföreningar (syntetiserade av bakterier) i lösning och på bakterieytor. Baserade på sådana studier kommer vi att identifiera genom vilka molekylära mekanismer tiolföreningar kontrollerar bakteriers upptag av kvicksilver.

Tre faktorer gör projektet unikt, nämligen möjligheterna att

  1. identifiera och bestämma halten lösta tiolföreningar och deras kvicksilverkomplex extra- och intracellulärt,

  2. karakterisera på molekylär nivå kemisk struktur, termodynamik och kinetik för kvicksilvers interaktioner med tiolgrupper på cellmembran,

  3. klargöra funktionen av tioler i lösning och på cellytor för cellulärt upptag och metylering av kvicksilver.

De nuvarande stora begränsningarna i vår mekanistiska förståelse av upptags- och metylerings-processer av kvicksilver på molekylär nivå utgör stora hinder för att utveckla såväl konceptuella som prediktiva modeller för bildning av metylkvicksilver. Dessa begränsningar påverkar också vår grundläggande förståelse av kvicksilvers biogeokemiska kretslopp och möjligheterna för tillförlitliga riskbedömningar av kvicksilver, nu och för framtida scenarier och vetenskapligt baserade åtgärder mot de höga koncentrationerna av kvicksilver i framförallt fisk. Vi förväntar oss att projektet ska bidra med de viktigaste av de pusselbitar som idag saknas för att förstå bildning av metylkvicksilver.

Projektet leder till en ny, avsevärt förfinad, ”experimentell standard” för att studera bakteriell bildning av metylkvicksilver och för studier på molekylär nivå av interaktioner mellan kvicksilver och celler i allmänhet. Vi ser nya möjligheter att utforska andra centrala, inte klarlagda, processer i kvicksilvers biogeokemiska kretslopp som rör molekylär interaktioner mellan kvicksilver och levande celler. Ett exempel på en sådan grundläggande olöst frågeställning är vilka molekylär processer som orsakar anrikning av metylkvicksilver, men inte av oorganiskt kvicksilver, i akvatiska näringsvävar.

Externa finansiärer