Vitreoscilla Haemoglobin. Genetic Fusions and Metabolic Characterisation

Abstract: Popular Abstract in Swedish Genteknik innebär stora möjligheter att förändra och förbättra organismers egenskaper. Genom att i en organism föra in en främmande gen kan man ge den helt nya egenskaper som den aldrig skulle ha förvärvat på naturlig väg. Genmodifierade bakterier odlas idag industriellt i stora bioreaktorer för tillverkning av olika proteiner, till exempel insulin till diabetiker, humant tillväxthormon och tvättmedelsenzymer. Ett problem när man odlar bakterier i stora bioreaktorer är att bibehålla en jämn och hög syrenivå. Det är svårt att få tillräcklig omrörning och syretillförsel i reaktorn, vilket lätt leder till att det uppstår syrebrist. Syrebristen gör att celltillväxten och proteinproduktionen avtar, istället börjar bakterierna tillverka biprodukter som etanol, ättiksyra och mjölksyra. Detta är naturligtvis ett problem då man ute i industrin strävar efter att så snabbt som möjligt uppnå höga koncentrationer av det önskade proteinet. Ett sätt att hjälpa bakterierna att överleva och må bra i syrefattiga miljöer är att ge dem möjlighet att binda in mer syre. Detta kan uppnås genom att i bakterien föra in en gen för något syrebindande protein, exempelvis ett hemoglobin. I min forskning har jag arbetat med ett bakteriellt hemoglobin från en bakterie som heter Vitreoscilla. Detta hemoglobin (VHb) har visat sig förbättra syrebegränsad tillväxt hos andra organismer, bland annat olika bakterier och växter. Jag har arbetat med att försöka få fram ett bättre hemoglobin än det naturliga genom att på olika gentekniska vägar modifiera VHb. I mitt arbete har jag på genteknisk väg skapat ett dubbel-VHb (dubbel-hemoglobin) genom att sätta ihop två gener av VHb till ett enda protein (bilden på framsidan visar två dubbel-VHb-molekyler). Detta dubbel-VHb har visat sig signifikant bättre än det naturliga hemoglobinet. Odlingar med E. coli-bakterier som innehåller detta dubbel-hemoglobin ger upp till 30 % mer bakterier än odlingar med bakterier utan VHb. Detta dubbel-hemoglobin har jag sedan arbetat vidare med i flera olika projekt, bland annat har jag använt så kallad microarray-teknik (DNA-chips) för att kunna få reda på vad som händer inne i bakterien (studera de metaboliska förloppen) och för att undersöka skillnaderna mellan bakterier som innehåller dubbel-VHb och de som innehåller vanligt VHb. I ett annat projekt med VHb har jag satt på slumpvisa svansar (små proteindelar bestående av sex aminosyror) på hemoglobinet för att studera vilka effekter de olika aminosyrorna har på proteinets egenskaper. Denna studie gav upphov till flera hemoglobinvarianter, vilka uppvisade stora skillnader i egenskaper (se Figur 4, s 15). En del av dessa var åtskilligt mycket bättre än det ursprungliga oförändrade hemoglobinet utan svans. Ett antal nya intressanta samband kunde också avslöjas mellan de nya egenskaperna hos hemoglobinvarianterna och vilka sorts aminosyror svansen innehöll. Jag kunde till exempel se att vissa aminosyror (de med positiv eller negativ laddning) ledde till att mycket mer VHb bildades, medan andra aminosyror (de långa utan laddning) minskade produktionen av VHb.