Cellens DNA-reparation studeras på atomnivå

UV-strålning från solen finns överallt omkring oss. Den skadar arvsmassan i levande celler – men oftast reparerar de sig själva. Wallenberg Academy Fellow Björn Burmann ska lista ut hur. På sikt kan det ge oss bättre cancerbehandlingar och nya antibiotika.

Björn Burmann

Biträdande lektor i kemi med inriktning på livsvetenskaper

Wallenberg Academy Fellow 2016

Lärosäte:
Göteborgs universitet

Forskningsområde:
Makromolekylära proteinmaskiner i celler, studerade med högupplöst NMR-spektroskopi

Den ultravioletta strålningen från solen kan tränga in i celler och bryta sönder DNA-molekylerna. Om inte celler hade innehållit ett komplicerat maskineri som upptäcker skadorna och lagar dem, hade deras arvsmassa drabbats av mängder av mutationer. DNA-reparationerna upptäcktes i bakterier redan för 50 år sedan, men mycket i processen är fortfarande okänt. Därför vill Björn Burmann, vid Göteborgs universitets avdelning för kemi och molekylärbiologi, undersöka reparationerna i detalj. Han ska kartlägga vilka proteiner som är inblandade i processen och vilken roll de spelar.

För att studera proteinerna använder han en teknik som kallas NMR-spektroskopi. Ett prov av det material som ska undersökas placeras i ett starkt magnetfält, som påverkar atomkärnorna i provet så att de sänder ut energi. Energins frekvens beror på vilka atomerna är, och vilka andra ämnen och strukturer som omger dem. Tillsammans berättar styrkan och frekvensen hos energin vilka atomer som finns i provet, hur de sitter placerade i molekyler, och hur molekylerna sitter relativt varandra.

Stora magneter ger information om små prover

Björn Burmann har valt att studera reparationsmekanismen i E. coli-bakterier, en väl utforskad organism som är lätt att hantera i laboratorium. Bakterierna kan förberedas genom att ”matas” med atomer av den typ man vill studera, som forskarna märkt för att se dem tydligt vid spektroskopin. På så vis blir det möjligt att studera just den del av strukturen man är nyfiken på. Bakterierna slås sedan sönder och proteinerna inuti dem placeras i en lösning. En provmängd liten som ett finger hälls i ett provrör som stoppas in i en magnet stor som en lekstuga.

Forskares labb är ofta trånga, men magnetrummet vid Göteborgs universitet känns luftigt – magnetfälten är så starka att maskinerna måste stå en god bit ifrån varandra, på ställningar ett par meter över golvet. För att placera provet går man uppför en trappa till en liten plattform. Sedan tar själva avläsningen alltifrån några minuter till en vecka.

– Resultaten vi får visar hur atomerna sitter, och därmed vilken form proteinerna har. Ett protein är inte en fast struktur utan kan ändra form, och särskilt stor är förändringen när proteinet binder till något. Genom att kombinera informationen från många experiment kan vi studera dynamiken och samspelet mellan alla de olika proteinerna, vid varje steg i reparationsprocessen. På det sättet hoppas jag att vi kan räkna ut exakt hur den går till, på atomnivå. Då skulle jag bli väldigt glad!

Kan ge mer kunskap om cancer och antibiotika

Med mer kunskap om DNA-reparationer kan vi bättre förstå vissa typer av cancer, och andra sjukdomar som beror på genetiska skador. Kanske kan det i framtiden leda till nya behandlingar. Dessutom är det användbart att förstå hur just bakterier lagar sitt DNA. Allt fler sjukdomsbakterier blir motståndskraftiga mot antibiotika, och forskargrupper världen över söker nya sätt att angripa dem.

– Man ser redan RNA-polymeras som ett möjligt mål för nya antibiotika. Men andra delar av det här reparationsmaskineriet kan också vara möjliga att rikta in sig på.

Björn Burmann är född i Rheda-Wiedenbrück i Tyskland och fick sin forskarutbildning vid universitetet i Bayreuth. Efter disputationen fortsatte han att forska vid Basels universitet i Schweiz, och flyttade därifrån till Göteborgs universitet i samband med sin utnämning till Wallenberg Academy Fellow. Magneterna som han använder i sin forskning finns bara vid en handfull universitet i Europa, och vid många av dem är det hård konkurrens om tiden vid de avancerade apparaterna.

”Att bli utnämnd till Wallenberg Academy Fellow är en stor ära. Det är både ett erkännande av den forskning som jag redan gjort, och ett intyg på att det jag planerar att göra låter intressant.”

– Två saker som gjorde Göteborg så attraktivt för mig var att ingen annan grupp här arbetade med NMR på liknande stora och komplexa biologiska molekyler, och att NMR-centret fokuserar på metodutveckling och service till olika forskargrupper. Det passade perfekt. Dessutom var det ett äventyr att flytta med familjen till Sverige.

Inte bara forskare provar sig fram

Ingen av Björn Burmanns egna föräldrar arbetade inom akademin. Pappan var snickare och mamman revisor. Ändå tycker han inte att steget till en karriär som forskare var så långt.

– För mig betyder forskning att du vill uppnå ett mål och du testar olika vägar att nå dit. Om inget du provar ger dig några svar, funderar du ett varv till och improviserar. Men det är inte bara forskare som gör så. Jag tänker på min pappa som konstruerade så vackra saker av trä, och på min farbror som var arkitekt… De har absolut inspirerat mig i mitt arbete, säger Björn Burmann.

Han gillar svåra problem, för om något är svårt finns det mycket nytt att lära sig. Och han tycker om att få oväntade resultat.

– Det kan förstås hända att ett sådant resultat inte betyder någonting alls. Men det märker man snabbt när man undersöker saken närmare. Och det kan betyda att man är något verkligt intressant på spåren.

Text Lisa Kirsebom
Bild Magnus Bergström