Våra celler består av olika delar med skilda uppgifter. Delarna kallas organeller och kan liknas vid organen i vår kropp. Mellan dessa rör sig en mängd olika molekyler.

Tidigare trodde man att molekylerna flöt omkring oberoende av varandra. Men på senare tid har forskare insett att trängseln i cellen skapar en form av membranlösa droppar inuti cytoplasman, som är den geléliknande vätska där alla organeller flyter omkring. 

Foivos Perakis vill förstå hur dessa molekyldroppar bildas och vilken funktion de kan ha för cellernas funktion. Metoderna han använder kommer från hans fascination inför något så vanligt som vatten. 

Mycket okänt med vatten

Han växte upp i Aten, Grekland, och doktorerade vid Zürichs universitet i Schweiz. Till en början skulle doktorandarbetet handla om solceller, men efter att ett samarbete gått i stöpet, föreslog hans handledare att han skulle ta en närmare titt på vatten i stället. 

– Fortfarande finns det mycket vi inte förstår när det kommer till vatten. Det finns närmare 200 skillnader när vi jämför vatten med andra vätskor. De flesta har att göra med hur molekylerna binder till varandra och strukturen på de nätverk som då bildas, säger Foivos Perakis. 

Som doktorand använde han vibrationsspektroskopi för att undersöka bindningarna närmare. Men för att kartlägga molekylstrukturen krävdes tillgång till frielektronlaser, en röntgenteknik som gör det möjligt att studera materialstrukturer på atomnivå. 

Därför gick flytten till SLAC National Accelerator Laboratory i Kalifornien, USA. Där utvecklade han nya metoder för att kombinera resultaten från de olika teknikerna. Metoderna använder han nu för att undersöka bildandet av membranlösa droppar i våra celler. Och fokus ligger på den roll som vattnet spelar. 

– Vattenmolekylerna kan ha en aktiv roll både i att bilda och bryta upp de membranlösa dropparna eller kondensaten. Men det är fortfarande en öppen fråga, det har inte gjorts så mycket forskning på detta ännu, säger han. 

För att studera hur dropparna bildas har hans forskargrupp utvecklat en form av miniatyriserade reaktorer som kan stimulera droppbildningen. Gruppen har redan vissa preliminära resultat där de ser två olika sätt som dropparna kan bildas. 

Liknas vid grekiska bröllop

Det ena sättet liknar Foivos Perakis vid den traditionella dansen under ett grekiskt bröllop. Först börjar ett par dansa hand-i-hand men snart ansluter allt fler bröllopsgäster till en cirkel som blir allt större. 

– Vi ser något liknande i bildandet av dropparna: det krävs några få som får i gång partyt och snart har ett stort antal proteiner samlats i ett och samma kondensat.

Det andra sättet som de observerat är att allt sker helt plötsligt, som att trycka på en strömbrytare. 

– Nu försöker vi förstå vad det är som driver de olika tillvägagångssätten. Och framför allt vad som sker när kondensaten upphör från att vara vätskebundna och blir solida. 

När jag var barn uppmuntrade min pappa mig att följa min naturliga nyfikenhet för att kunna förstå mekanismerna bakom olika fenomen och ta redan på hur saker och ting fungerar.  

Både vid Parkinsons- och Alzheimers sjukdom bildas så kallade amyloida plack i hjärnan. De består av en aggregerad form av ett protein som stelnat i en solid form. Även vid ögonsjukdomen grå starr är det klumpar av proteiner som gör ögats lins grumlig. Förhoppningen är att en ökad kunskap om droppbildningen i cellerna kan ge nya ledtrådar till varför dessa kondensat bildas. 

Forskningen är möjlig tack vare röntgentekniker vid MAX IV i Lund och European XFEL i Hamburg. Ett av problemen är dock att starka strålningen från frielektronlasern kan skada vattenmolekylerna. 

– Det är ett stort problem när du arbetar med känsliga biomolekyler. Dessutom bryter strålningen ned vattenmolekylerna på sätt som vi ännu inte förstår. Men vi har gjort vissa framsteg som gör att vi kan förutsäga hur mycket strålning vi kan använda utan att skada proverna.  

Skärper forskningsfokus

Ökad kunskap om bildandet av de membranlösa dropparna kan även användas för att utveckla proteinbaserade läkemedel och biosensorer, berättar han. Med en ökad förståelse för det som påverkar hur proteiner och molekyler rör sig i cellerna kan det bli möjligt att styra själva leveransen av ett läkemedel. 

– Om du vet vart en viss molekyl kommer att färdas kan du utrusta det med ett läkemedel i proteinform som får följa med till rätt plats i cellen. 

Foivos Perakis område fysikalisk kemi kombinerar redan flera vetenskapsfält, och han ser gärna fler samarbeten bland annat inom medicinområdet. Även om forskningen i dag är grundforskning så ser han en framtid av mer applicerad forskning. 

– Bland mina mål de kommande fem åren är att röra mig mot industriella applikationer. Här kommer anslaget Wallenberg Academy Fellow vara till stor nytta, det kommer att skärpa mitt forskningsfokus. 

Särskilt betonar han de träffar och nätverk som öppnas med anslaget.

– Det ger en fantastisk möjlighet att träffa många människor från helt olika områden.

Text Magnus Trogen Pahlén
Bild Magnus Bergström