NYHET
I de arktiska haven finns små bakterier som lever gott i temperaturer som närmar sig noll grader. Trots kylan lyckas de sätta igång kemiska reaktioner med hjälp av sina enzymer. Deras effektiva arbetssätt är intressant även på land – för storskaliga industrier, forskningslaboratorier och för den som vill tvätta kläder miljösmart.
Arne O. Smulås är professor i strukturkemi vid världens nordligaste universitet – Universitetet i Tromsö – som ligger 25 mil norr om polcirkeln. Han är väl bekant med Umeå universitet, inte bara för att universiteten är alliansuniversitet. År 2009 startade forskare i Umeå och Tromsö det gemensamma projektet ”Molekyler för framtiden”. Tillsammans vill de ta reda på vilka unika egenskaper som döljer sig i bakterier som lever i Norska havet och Barents hav.
Fångstfärder till Svalbard
Med Tromsö som utgångspunkt gör universitetets eget forskningsfartyg F/F Helmer Hanssen fångstfärder för att bland annat samla in arktiska mikroorganismer till forskarna i Tromsö och Umeå. Den senaste turen gick till Svalbard i oktober.– Det finns en enorm variation av bakterier i marina arktiska miljöer och det ökar chansen att vi ska upptäcka bakterier med väldigt speciella egenskaper, berättar Arne. Forskarna vid Umeå universitet inriktar sig på att studera antibakteriella egenskaper hos bakterierna. Norrmännen söker i sin tur efter effektiva enzymer, som skulle kunna vara till nytta både i industrier och i forskningslaboratorier.
Bra för miljön och plånboken
Enzymer är proteiner som finns i alla levande organismer och som triggar i gång kemiska rektioner. – De enzymer som finns i våra kroppar dör när temperaturen är lägre än 15 grader, och fungerar bäst vid 37 grader. De bakterier vi samlar in arbetar jättebra i extremt låga temperaturer, ner mot noll grader, berättar Arne. Eftersom värme kostar både energi och pengar skulle en sänkt temperatur göra skillnad för såväl miljön som för plånboken i flera olika sammanhang. Tänk bara om du kunde vrida ner temperaturen på din tvättmaskin till 15 grader istället för att tvätta i 60 grader. Om det fanns enzymer i tvättmedlet som effektivt avlägsnade smuts vid lägre temperaturer skulle det vara möjligt. – Än mer intressant blir detta resonemang när man talar om storskaliga industriprocesser där det handlar om flera miljoner liter vätska som ska värmas upp, till exempel för behandling av trämassa eller avfall. I dag kräver industriella enzymer ofta temperaturer på 40 grader för att de ska fungera, säger Arne.
Vardagsredskap på laboratorier
Nya, unika enzymer som är effektiva vid låga temperaturer är också intressanta för molekylärbiologiska forsknings- och sjukhuslaboratorier. Marknaden är stor, enzymer är vardagsredskap på laboratorier runt om i hela världen, till exempel för att detektera doping hos idrottsutövare. – Om du måste hålla en hög temperatur i dina prover riskerar du att en stor del av det biologiska materialet blir förstört. Ibland är det också fördelaktigt att enzymerna dör redan vid 30-40 grader. Då kan man använda dem i ett första steg och sedan enkelt avlägsna dem utan att behöva värma proverna till höga temperaturer, vilket är en väldigt tuff behandling av DNA. Arne pekar uppåt och berättar att företaget Arcticzyme en våning ovanför livnär sig på att sälja enzymer från marina organismer. Framför allt från fisk – bakterier är mer ovanliga – men Arne förutspår att bakterier kommer att få en alltmer framträdande roll i framtiden.
DNA från hela miljöer
I de arktiska haven finns bara en liten andel bakterier som kan odlas i laboratorium, troligen någonstans mellan en och fem procent. – Det finns väldigt mycket enzymer i de övriga 99 procenten och de är nog mest speciella. Tack vare något som kallas för metagenomik kan vi ta reda på DNA från hela miljöer, för alla organismer, oavsett om de är odlingsbara eller inte, säger Arne. Tromsöforskarna sekvenserar också fullständig genom på de odlingsbara bakterier som de klarar av att isolera.
Väljer ut godbitarna
Efter att forskarna sekvenserat organismernas DNA börjar de leta efter det DNA som kodar för enzymer. Med hjälp av en metod som kallas för bioinformatik väljer forskarna ut godbitarna – de enzymer som i utgångspunkten ser intressanta ut. Därefter är det dags att börja producera enzymerna och studera hur de beter sig i laboratoriet. Forskarna sätter då in generna från den marina bakterien i en värdbakterie. – Förhoppningen är att värdbakterien ska börja producera enzymer från den arktiska bakterien, berättar Arne. Sedan detaljstuderar de vilka speciella egenskaper som enzymerna har, hur aktivt och stabilt enzymet är, om det jobbar bäst vid låga eller höga temperaturer och vid vilken temperatur som de dör.
Lovande enzymer
I det här projektet arbetar forskarna parallellt med drygt tio enzymer. De plockar hela tiden bort ointressanta enzymer från listan och ersätter dem med nya. – Vi har ännu inte kommit så långt att vi funnit enzymer som vi med säkerhet kan säga att de kommer ut på marknaden, men vi har en del karakteriseringar som ser väldigt lovande ut. Vårt huvudfokus är enzymer som kan modifiera DNA och ge upphov till mer effektiva metoder i forskning och diagnostik, till exempel inom rättsmedicin. Tromsöforskarna har lång erfarenhet av att arbeta med enzymer från fisk, som också lever i kalla temperaturer och har liknande egenskaper som bakterier. – Vi har också arbetat med enzymer från bakterier tidigare, men inte på det här systematiska sättet. Även om enzymerna är vårt huvudmål i det här projektet samlar vi in stora mängder biologiska data och genetisk information som kan användas till mycket annan forskning, till exempel när det handlar om cancer och diabetes.
