Stipendiat Ina Jungersen Andresen på Institutt for biovitenskap ved Universitetet i Oslo er den aller første i verden som undersøker hvordan en av verdens største encellete organismer, grønnalgen Acetabularia acetabulum, kan få den formen den har.

Målet er ikke bare å forstå helt grunnleggende egenskaper i mikro- og molekylærbiologien.

– Kreftforskere kan også bruke forskningen vår til bedre å forstå nærmere hvordan kreftceller plutselig endrer formen sin, forteller Ina Jungersen Andresen.

Selv om makroalgen hennes er encellet, noe som betyr at hele algen består av én og bare én eneste celle, kan den bli ti centimeter stor og se ut som en vanlig plante, med stilk og hode og det hele. Til sammenligning ville en tilsvarende plante på landjorda ha bestått av tusenvis av celler.

De encellete algene hennes er vanligst å finne i Middelhavet og i Mexicogulfen – og brukes også som prydplanter i mange akvarier rundt omkring i verden.

Rare paraplyer

Selv om algene bare består av én enkelt celle, kan formen på hodene til nært beslektede arter se svært ulike ut. Noen av hodene ser ut som oppslåtte paraplyer. Andre minner mer om vrengte paraplyer fra en høststorm i Bergen.

Algene har små fingre som brukes til å feste seg til havbunnen med. Noen ganger gror de sammen i klaser. Selv om kulturene ser ut som små busker, er hver stilk med hvert sitt hode en egen organisme. Formen på algene holdes oppe av cytoskjelettet. Cytoskjelettet består av trådformete proteiner og kan sammenlignes med reisverket til et hus.

– Jeg er interessert i finne ut av hvordan algene fungerer og hvordan de kan bli så store når de bare består av én enkelt celle, sier Ina Jungersen Andresen.

På 1930-tallet oppdaget den tyske biologen Joachim Hämmerling (1901–1980) at når han byttet om hodene til to nært beslektede arter, tok det ikke lang tid før det nye hodet fikk eksakt den samme formen som det forrige hodet hadde hatt.

Han slo fast at det var noe i algens kjerne som bestemte hvordan hodet skulle se ut, men med datidens metoder var det ikke mulig å vise hvordan hodemysteriet hang sammen. Han hadde dog en anelse om at endringen ble styrt av signalmolekyler.

For å komme til bunns i den besynderlige saken, har Ina Jungersen Andresen tatt i bruk en helt ny metode.

Som Oslo–Trondheim

Som den første i verden kutter hun opp de encellete algene i flere biter. Da kan hun finne ut av hvordan genene, som befinner seg i kommandosentralen i cellekjernen helt nederst i stilken, programmerer hodeformen på algene.

Kommandosentralen er selve DNA-tråden. Her ligger genene som perler på en snor. Når det skal utføres oppgaver i en celle, dannes det kopier av genene. Disse kopiene kalles for RNA. RNA-bitene transporteres aktivt rundt i cellen. Med en gang de har utført oppdraget, mister de funksjonen sin.

Selv om det bare er ti centimeter fra cellekjernen til hodet, er dette langt for RNA-bitene. RNA-bitene er bare noen nanometer lange. En nanometer er en milliontedels millimeter.

– Hvis du sammenligner avstanden fra bunn til topp i algen med avstanden fra Oslo til Trondheim, er RNA-bitene ikke større enn personbiler.

RNA-bitene trenger ikke lang tid på å nå frem til målet, selv om avstanden er stor.

– Ettersom avstanden relativt er så lang, må det være en eller annen form for aktiv transport.

Det kan ikke være snakk om diffusjon. Da hadde RNA-bitene blitt flyttet fra et område med høy konsentrasjon til et område med lav konsentrasjon.

– Jeg skal foreløpig ikke se på hvordan de fraktes, men i stedet se på konsentrasjonen av RNA-bitene i de ulike områdene i algen for å finne de genene som skaper formen til cellen.

– Hvor mange RNA-biter kan det være snakk om?

– Det kan tenkes at det er så mange som millioner av RNA-biter samtidig.

Antall RNA-biter har en sammenheng med hvor sterkt genet skal uttrykke seg. Hvis et gen har et sterkt uttrykk, dannes det mange RNA-biter. Dersom genet har et svakt uttrykk, dannes det derimot få RNA-biter.

– Vi har ikke muligheten til å se hvor mange forskjellige RNA-biter som finnes, men kan derimot se på hvor mange RNA-kopier som finnes sammenlagt. Vi vil sjekke hvor stor variasjonen er og sammenhengen mellom variasjonen og hvor mye cellen har utviklet seg. Poenget vårt er å se på hvilke gener som uttrykkes når og hvilke oppgaver de har.

Det er ikke lett å skjære opp celler. Hvis cellene er små, slik som hos oss mennesker, er det umulig å kutte en celle i flere biter uten at cellesaften med DNA og RNA renner ut.

Ina Jungersen Andresen kutter cellen i fire små biter: Bunnen med cellekjernen, to deler av stilken og selve toppen. Hun skal analysere både babyceller, ungdomsceller og voksenceller, til sammen fire stadier av algecellens liv.

– Ingen har gjort dette før. Metodisk er det svært vanskelig å gjennomføre. Selv om den encellete algen ser stor ut, er det svært lite genetisk materiale i den. Vi må derfor bruke metoder som kan håndtere så små mengder genetisk materiale med så lite tap som mulig. Vi må jobbe sterilt og forsiktig. RNA-biter er skjøre og brekkes lett.

200 minusgrader

For å unngå at RNA-bitene ødelegges, må algen fryses ned med flytende nitrogen til nesten 200 minusgrader rett etter at Ina Jungersen Andresen har kuttet den i biter. Da får hun et biologisk stillbilde av hvordan algen var i det øyeblikket den ble frosset ned.

Det er dessverre langt vanskeligere å hente DNA og RNA fra én eneste celle enn fra oss flercellete organismer.

– Når noen tar en DNA-prøve fra kroppen din, tas det DNA fra kanskje tusen celler på én gang. Når vi bare skal se på én eneste celle, har vi bare en tusendel så mye DNA.

Det er ikke lett å telle RNA-bitene. Løsningen er å feste en liten merkelapp på RNA-bitene og telle opp merkelappene etterpå. Dette er en helt ny måte å tenke på.

– Hypotesen vår er at konsentrasjonen av RNA er høyere der oppgavene skal utføres. Når vi har løst dette, har vi fått en større grunnleggende forståelse av hvordan celler lager formen sin, påpeker Ina Jungersen Andresen og legger til:

– Det store biologiske mangfoldet på Jorda hadde ikke eksistert om cellene ikke hadde ulike former og funksjoner og kan samarbeide på den måten de gjør. Det å forske på celleformer, er ikke bare viktig for å forstå hvor vi kommer fra og hvordan vi kom hit. Det er også viktig å forstå hvordan en normal og frisk celle skaper formen sin, for å kunne øke forståelse av det unormale – slik som kreftceller.

Veilederen hennes, professor Kamran Shalchian-Tabrizi, som leder gruppen Morphoplex på Institutt på Biovitenskap, påpeker at den encellete makroalgen, Acetabularia acetabulum, er en viktig vitenskapelig modellorganisme.

– Eksperimentene, som Joachim Hämmerling gjennomførte på denne makroalgen på 1930-tallet, er av stor betydning for biologi-faget. Dette var det første empiriske beviset på sentraldogmet i biologien om informasjonsflyten mellom DNA og proteiner.

Siden Hämmerlings tid har det skjedd en revolusjon i genteknologien.

– Vi ønsker å videreføre Acetabularia som modellsystem. Eksperimentene til Ina Jungersen Andresen forteller oss hvor de ulike RNA-typene er lokalisert innenfor enkeltceller. Vi kan dermed forstå hvilke typer RNA som bestemmer cellens form, påpeker Kamran Shalchian-Tabrizi.

Artikkelen var først publisert i Apollon.