Vetenskapsområdet för teknik och naturvetenskap

Tangenterna hjälper henne att förstå kemin bakom komplexa biologiska problem

2017-12-04

Med hjälp av datorprediktioner hoppas Lynn Kamerlin och hennes forskargrupp kunna förutspå hur enzymer, ”naturens katalysatorer”, utvecklas.

Enzymer är exempel på biologiska katalysatorer. Utan att själv förbrukas möjliggör de att olika reaktioner fortgår som annars skulle vara väldigt långsamma vid normala temperaturer. Lynn Kamerlins forskargrupp är särskilt intresserade av vad som händer i en fundamental kemisk reaktion - fosfat esterhydrolys.

Reaktionen är inblandad i en rad viktiga skeenden i våra celler, exempelvis cellsignalering och energiomvandling i DNA-, RNA- och proteinsyntes. Den exakta mekanismen för reaktionen, och som innefattar en fosforylöverföringsreaktion, har trots årtionden av intensiva experimentella och beräkningsstudier varit kontroversiell.

­– Det beror delvis på att fosfathydrolys kan gå igen flera olika mekanismer, och det är omöjligt att skilja mellan dessa på ett slutgiltigt och entydigt sätt med hjälp av enbart experimentella metoder, berättar Lynn Kamerlin, professor vid institutionen för cell- och molekylärbiologi vid Biomedicinskt centrum.

Med en kombination av teoretisk fysikalisk organisk kemi och beräkningsenzymologi lyckades forskargruppen ta fram en heltäckande modell för den här typen av reaktioner.

– Jag är mycket stolt över att vi lyckades lösa mekanismen för den extremt viktiga fosfathydrolysen. Den är involverad i så många processer i cellen och kallas även livets byggsten, säger Lynn Kamerlin.

Att kartlägga katalytisk promiskuitet hos fosfotransferaser, det vill säga förstå hur dessa enzymer kan katalysera många olika substrat med olika krav på effektiv katalys, är en viktig uppgift för forskargruppen och att förstå utvecklingen av enzymsuperfamiljer. Genom att utveckla nya beräkningsmetoder studeras enzymers selektivitet på ett nytt sätt och det ger en ökad förståelse av enzymutveckling och viktiga ledtrådar för att de sedan ska kunna manipulera enzymer och testa konstgjort designade enzymer med betydligt större katalytisk kapacitet än de som finns idag.

– Enzymer är ett viktigt verktyg inom både läkemedelsframställning och kemikalie-produktion. Enzymer som selektivt katalyserar reaktioner av industriell betydelse är av särskilt intresse för oss, säger Lynn Kamerlin och tillägger att vardagsexempel på enzymer som inducerar biokatalys hittas exempelvis i tvättmedel och vid jäsning av bröd.

Hon berättar vidare att de är intresserade av en grupp gifter som vi människor producerat, de så kallade organofosfaterna. De är vanligt förekommande som mjukgörare i plaster, som flamskyddsmedel, som antiskummedel och som tillsatser i smörjmedel och hydraulvätskor. Den används både i bekämpningsmedel och nervgaser.

Under de senaste åren har den globala konsumtionen av organofosfater ökat och varje år förgiftas hundratusentals personer, exempelvis genom olyckor inom jord- och lantbruk. En rad organismer har utvecklat motståndskraft mot organofosfater och flera obesläktade organismer bär på enzymer som bryter ner giftet, på samma sätt som bakterier blir resistenta mot antibiotika och cancerceller mot cellgifter. Vissa organismer kan utveckla motståndskraft utan att de ens har varit i kontakt med kemikalierna.

Med hjälp av datorsimuleringar ska Lynn Kamerlins forskargrupp studera avgiftningsenzymer som bryter ner mänskligt producerade gifter, ta reda på hur de har utvecklats och hur den naturliga motståndskraften uppstår.

– Målsättningen är att förstå evolutionen på molekylnivå. Förhoppningen är att kunna skapa nya enzymer för att behandla en organofosfatförgiftning, men även att kunna använda kunskapen i framtida utformning av läkemedel för att förebygga resistensutveckling hos bakterier eller cancerceller, säger Lynn Kamerlin.

Ända sedan barnsben har Lynn Kamerlin velat bli forskare, men hon har också en annan karriär bakom sig som pianist. Vid fyra års ålder började hon spela piano och när hon var som mest aktiv övade hon 7-8 timmar per dag. Idag spelar hon mest hemma, för sig själv. Men hon säger att känslan att inta en scen och framföra ett pianostycke är oslagbar. Då förväntas hon framföra allt i perfektion, i minsta detalj. En ambition hon tog med sig även inför vetenskapliga presentationer, men med tiden har hon blivit bättre på att inte ha fullt så höga krav på sig själv.

– Det är ju inte riktigt samma sak, men helheten är viktig för mig. Jag är väldigt ambitiös och det genomsyrar nog hela mitt förhållningssätt, både som forskare och i kontakten med vänner och kollegor. Jag vill vara heltäckande och förstå allt och går till botten med det mesta. Det kanske ibland kan vara en sämre sida hos mig, men något jag jobbar med, och som jag har blivit bättre på med åren, säger Lynn Kamerlin.

 

Susanna Eriksson

2017-12-04

 

FAKTA LYNN KAMERLIN
 

Ålder: 36 år

Titel: Nybliven professor vid institutionen för cell- och molekylärbiologi, struktur- och molekylärbiologi

Utbildning: Doktorsexamen i kemi, University of Birmingham

Meriter i urval: Treårigt programanslag 2017 på USD 1,200,000 inom the Human Frontier Science Program, HFSP, tillsammans med internationella forskarkollegor; ERC Starting Grant 2012-2017; Wallenberg Academy Fellow 2013; före detta ordförande av Young Academy of Europe, Fellow of the Royal Society of Chemistry

Familj: Man Peter Kasson

Hur jag hamnade i Uppsala: Jag fick en av de sista forskarassistenttjänsterna från Vetenskapsrådet 2011. Uppsala universitet är en fantastisk miljö för just mitt forskningsområde med många världsledande forskare på plats

Gör mig glad: Att spela piano och dansa tango

Skulle vilja göra mer av: Fotografering, lära mig nya språk

Favoritämnen i grundskolan: Alla konstnärliga ämnen: musik, konst, dans

Drömmer om: att tillbringa mer tid i Australien

 

Mer om Lynn Kamerlin och forskningen inom Kamerlin labb

Film: Lynn Kamerlins installationsföreläsning

Krönika: Enzymers mekanismer på spåren

Artikel: Ny studie ska återuppväcka miljarder år gamla enzymer