Forsker på verdens tøffeste bakterie – "Conan the bacterium"
 |
| Denne smultring –liknende strukturen "Beta-clamp" er en del av maskineriet som kopierer arvestoffet til bakterien Deinococcus Radiodurans. DNA scannes gjennom hullet i midten, tilsvarende finnes hos mennesker. Lian fant oppbygningen til Beta-clamp ved hjelp av røntgenkrystallografi, og de viktige røntgendata ble samlet ved synkrotronen i Grenoble (ESRF). |
For å hindre kreftsykdom er kunnskap om hvordan DNA-skader kan repareres svært viktig. Under celledeling som pågår kontinuerlig i kroppen vår skjer det hver dag mange mutasjoner som kan få fatale følger for oss, men dette blir hele tiden overvåket og reparert i tide av våre enzymer.
Lian forteller at det er særlig mekanismene bak DNA reparasjon som har vært utforsket. -Man tror at bakteriens evne til å reparere ødelagt DNA er noe av hemmeligheten bak dens suverene overlevelsesevne, sier hun.
Hun har forsket på overlevelsesteknikkene til 2 bakterier som er ekstreme på hver sin måte.
 |
| Deinococcus Radiodurans ble første gang isolert i 1956 fra en boks med hermetisk kjøtt som var blitt behandlet med store doser stråling for å sterilisere produktet, men er senere funnet naturlig forekommende i jord. TEM of D. radiodurans, laboratory of Michael Daly, Uniformed Services University, USA |
Ekstreme påkjenninger krever ekstreme tilpasninger
Varme, tørke, kulde, trykk – det finnes bakterier som vokser i fleste av jordas ugjestmilde strøk. Ekstrem overlevelsesevne henger sammen med tilpasninger på molekylært nivå, blant annet med finjustering av biologiske molekyler og enzymer som utfører livsviktige prosesser.
Deinococcus Radiodurans (DR) finnes i jord og tåler 200 ganger mer stråling enn noen andre organismer man kjenner og 1000 ganger dødelig dose for et menneske. Enzymer fra DR har vist seg å kunne reparere hudrevis av stråleinduserte brudd i dobbeltrådet DNA. DR kan også overleve ekstrem tørke og syre, er registrert i Guiness rekordbok og har fått kallenavnet "Conan the bacterium" for sine utrolige egenskaper.
Aliivibrio salmonicda er en bakterie som fremkaller sykdom (Kaldtvannsvibriose) hos fisk og som er tilpasset den kalde temperaturen i havet. I kulde går biokjemiske prosesser saktere og bakteriene til havs er avhengige av at det cellulære maskineriet fungerer ved lav temperatur, dvs at disse enzymene har spesielle egenskaper for å holde seg aktive.
Klipping og liming med stor presisjon
Reparasjon av DNA utføres grovt sett i en tretrinnsprosess; klipping, bytting av byggestein og liming av DNA tråden. Presisjon i dette arbeidet vesentlig for å kunne rette opp alvorlige feil i arvestoffet. Lian har derfor sett på enzymer som er involvert i prosessen med scanning av DNA tråden på leting etter feil, samt selve klippingen av DNA tråden der feilaktige byggesteiner må byttes.
Beta Clamp - klemmer seg fast rundt arvestoffet
– Vi har kommet lengst i arbeidet med å finne oppbyggingen av et enzym fra DR som er aktivt med i kopiering av DNA. Enzymet kalles Beta Clamp og har fått sitt navn fordi det kan klemme seg fast rundt DNA tråden. Det fungerer kun dersom en rekke andre molekyler er koplet til og vi førsøker å finne ut mer om hvordan dette samarbeidet mellom flere molekyler virker, forteller Lian.
 |
| Kjersti Lian er fra Mosjøen og flyttet til Tromsø i 2001 for å ta en master i molekylær bioteknologi, siden fortsatte hun med en doktorgrad på samme sted. |
Uventet funn - mye salt endret enzymets egenskaper
Det viste seg at et av enzymene til DR hadde et merkelig skifte i funksjon basert på salt, noe som ikke er kjent hos andre. DR kan overleve ekstrem tørke og ifølge Lian kan denne saltjusteringen være en av bakteriens overlevelsesteknikker. En celle som er i ferd med å tørke ut vil få et forhøyet saltnivå og det ser ut som om dette enzymet presses over i en ny funksjon med økt konsentrasjon av salt. Fra å reparere DNA-endene gikk enzymet over til å reparere midt på DNA tråden, noe som kan synes viktig for å hindre oppstykking av DNA tråden, og dermed øke sjansen for overlevelse.
Hindrer fiskens forsvarsmekanismer
I tillegg har Lian sett på hvordan bakteriene som fremkaller sykdom hos fisk har optimalisert sine angrepsmekanismer for å tåle kulden. Også dette handler om organismer sin tilpasning på molekylært nivå og finjustering for å spesialisere oppgaven sin. I dette tilfellet er det Aliivibrio salmonicida sin evne til å infisere laks. Fisken forsvarer seg med å "skyte ut" oksygenradikaler som kan være ødeleggende for bakteriens DNA og dødelig for bakterien. Men enzymet MutT hindrer at oksygenradikalene gjør skade på bakterien sitt arvestoff og gjør at bakterien nøytraliserer fiskens immunforvar.
-Vi har kartlagt egenskapene til MutT og sett på hvordan oppbygningen er tilpasset kalde omgivelser, oppsummerer Lian. For oppdrettsnæringen i Norge er det fortsatt stor interesse for å finne mekanismene som gjør at Aliivibrio salmonicida dreper fisk.
Disputasen fant sted 16. juni 2015, tittel på oppgaven er: " DNA metabolism in extremophiles. Structure-function studies of proteins involved in DNA repair and replication from Aliivibrio salmonicida and Deinococcus radiodurans".
Prosjektet var finansiert av Forskningsrådet og arbeidet ble veiledet av Elin Moe ved Universidade Nova de Lisboa, Portugal, Hanna-Kirsti Schrøder Leiros ved Institutt for kjemi, UiT-Norges arktiske universitet og Joanna Timmins ved University Grenoble Alpes, Frankrike.
Les mer:
ESRF: European Synchrotron Radiation Facilities
Kaldtvannsvibriose /Hitasyken hos laks
Røntgenkrystallografi
