Kjersti Lian, forsker ved Universitetet i Tromsø, forsker på verdens tøffeste bakterie.  (Foto: UiT)
Kjersti Lian, forsker ved Universitetet i Tromsø, forsker på verdens tøffeste bakterie. (Foto: UiT)

Forsker på verdens tøffeste bakterie

Superbakterie er ekspert på å reparere ødelagt arvestoff. Kanskje kan den bidra til å løse enda en kreftgåte. 

Publisert

Skader på DNA er årsaken til mange kreftsykdommer. Derfor er det viktig å vite mer om hvordan disse skadene skjer og hva som skal til for å reparere dem. 

Kanskje skjuler noe av svaret seg i en helt spesiell superbakterie – i Guiness rekordbok omtalt som «Conan the bacterium». Eller Deinoccoccus Radiodurans (DR), som er bakteriens egentlig navn.  

– Vi håper at hemmeligheten bak de utrolige egenskapene hos DR skal bringe kreftforskningen et hakk videre, sier Kjersti Lian, forsker ved Universitetet i Tromsø.

Overlever det meste

Så hva er det som gjør denne bakterien så spesiell? 

La oss først ta en titt inn i kroppen. Der inne pågår det nemlig hele tiden celledeling, og hver dag skjer det mange mutasjoner som kan få fatale følger for oss. Men takket være enzymene våre blir denne prosessen hele tiden overvåket og reparert i tide.

Livet på jorda ville faktisk ikke vært slik vi kjenner det i dag uten et slikt effektivt reparasjonssystem.

Og det er her Conan the bacterium kommer inn i bildet. 

Superbakterien DR er ifølge Lian i verdensklasse når det kommer til å reparere ødelagt arvestoff. Bakterien holder til i jord og tåler 200 ganger mer stråling enn noen andre organismer vi kjenner og 1000 ganger det som ville vært en dødelig dose for et menneske. DR kan også overleve ekstrem tørke og sterk syre.

Lian har forsket på molekylene i bakteriens verktøykasse. 

– Selv etter så kraftige stråledoser at DNA-et i superbakterien er knust i fragmenter, klarer reparasjonssystemet å lime sammen bitene igjen. Dette er uvanlig, og vi har derfor studert detaljer på atomnivå for å se om oppbygningen av reparasjonsenzymene kan forklare disse spesielle egenskapene, sier Lian. 

Denne smultring –liknende strukturen Beta-clamp er en del av maskineriet som kopierer arvestoffet til superbakterien Deinococcus Radiodurans (DR). DNA scannes gjennom hullet i midten, tilsvarende finnes hos mennesker.  (Foto: (Illustrasjon: Laila Niiranen))
Denne smultring –liknende strukturen Beta-clamp er en del av maskineriet som kopierer arvestoffet til superbakterien Deinococcus Radiodurans (DR). DNA scannes gjennom hullet i midten, tilsvarende finnes hos mennesker. (Foto: (Illustrasjon: Laila Niiranen))

Cellenes reparasjonssystem kalles BER (Base Excition Repair) og ble oppdaget av svensken Tomas Lindahl som nylig ble tilkjent Nobelprisen i kjemi. Sammen med Paul Modric og Aziz Sancar får han prisen for å ha oppdaget hvordan celler reparerer DNA og beskytter genetisk informasjon. En feil i dette apparatet kan blant annet gi tykktarmkreft.

Klipping og liming med stor presisjon

Reparasjon av DNA utføres grovt sett i en tretrinnsprosess, der første trinn er klipping, neste trinn bytting av byggestein, og tredje og siste er liming av DNA tråden.

For at det ikke skal bli alvorlige feil i arvestoffet, må denne prosessen gå presist for seg. Konsekvensen av at feil byggestein blir værende i DNA-tråden er nemlig at koden for produksjon av kroppens molekyler blir uriktig. En slik feil kan forplante seg videre til nye celler og kan gi opphav til ulike sykdommer, alt etter hvor feilen ligger. 

Lian har sett på flere enzymer som er involvert i denne prosessen.  

– Av de enzymene vi har jobbet med i BER-mekanismen, har vi kommet lengst i arbeidet med å finne oppbyggingen av et enzym som er aktivt med i kopiering av DNA. Enzymet kalles Beta Clamp og har fått navnet fordi det kan klemme seg fast rundt DNA-tråden. Det fungerer kun dersom en rekke andre molekyler er koplet til og vi forsøker å finne ut mer om hvordan dette samarbeidet mellom flere molekyler virker, forteller Lian.

Uventet funn –  mye salt endret enzymet

Det viste seg også at et av enzymene til superbakterien DR endret funksjon hvis den fikk økt saltinnhold, 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. Dermed kan det se ut til at dette enzymet presses over i en ny funksjon med økt konsentrasjon av salt.

Fra å reparere endene på DNA-et gikk enzymet over til å reparere midt på DNA-tråden. Dette kan være viktig for å hindre oppstykking av DNA-tråden og dermed øke sjansen for overlevelse.

Ekstreme påkjenninger krever ekstreme tilpasninger

Mye av Lians arbeid har gått ut på å produsere de enzymene hun ville undersøke. Hun har også studert oppbygningen av enzymene – atom for atom.

Lian samlet inn det meste av datamaterialet i Grenoble, der det finnes utstyr for fremstilling av tredimensjonale bilder av molekyler som Beta Clamp. Slike høyoppløste bilder, som viser oppbyggingen på atomnivå, gjør det mulig å studere forskjellene som finnes i superbakteriens reparasjonssystem sammenliknet med andre organismer.

Lian forteller at forskningen ennå er langt unna pasienten og handler mye om grunnleggende forståelse av en viktig prosess i cellene.

– Mer kunnskap om hvordan superbakterien reparerer DNA, kan gi en pekepinn på hvilke faktorer i reparasjonssystemet som er viktigst for effektiv korrekturlesing av arvestoffet og hvordan vi på sikt kan hjelpe mennesker der systemet er svekket, sier forskeren.

​Referanse: 

Kjersti Lian. DNA metabolism in extremophiles. Structure-function studies of proteins involved in DNA repair and replication from Aliivibrio salmonicida and Deinococcus radiodurans, doktorgradsavhandling, Universitetet i Tromsø Norges arktiske universitet, juni 2015