Proteinsyntes i bakterier: Mekanismer, utveckling och tillämpning

Tidsperiod:

1 januari 2019 – 31 december 2022

Projektledare:

Suparna Sanyal

Finansiär:

Vetenskapsrådet

Bidragstyp:

Projektbidrag

Budget:

3 800 000 SEK

Ribosomer är cellens proteinfabriker som översätter den genetiska koden från mRNA till proteiner. Denna process kallas "translation". Proteinsyntes är en viktig hushållning aktiviteten hos alla levande celler. Proteiner är en av de viktigaste beståndsdelarna i cellen. Även enzymer är proteiner som driver de metaboliska vägarna i cellen. Därför att studera proteinsyntes processen är så viktigt. Ribosomen är ganska lika även om de är från mycket olika arter. De aktiva ställena i ribosomen som gör peptidbindning består av RNA. Det finns endast små skillnader mellan ribosomala RNA-sekvenser från två mycket olika arter. Men riktning mot proteinsyntes kan vara ett sätt att döda patogena bakterier. Läkarna föreskriver oss ofta antibiotika för bakteriella infektioner. Många av dessa antibiotika riktar sig mot bakteriella ribosom och translationsfaktorer. Därför är det viktigt att studera mekanismen för proteinsyntes i bakterier. Därifrån kan vi lära oss om skillnaderna i proteinsyntesmaskiner mellan bakterier och oss. Biokemi och strukturell biologi är två viktiga verktyg för att studera mekanismerna för proteinsyntesen. För det har vi samlat proteinsyntessystem i provröret. Dessa är ganska komplexa system som innehåller ribosomer, tRNA, mRNA, alla translationsfaktorer och enzymer som laddar tRNA med aminosyror. De "cellfria" proteinsyntessystemen ger information om alla steger av proteinsyntes som händer inom cellen. Snabb kinetik med `Quench-Flow’ och `Stopped-flow’ ger information om hastigheterna för olika steg av proteinsyntes. Parallellt ger röntgenkristallografi och kryo-elektronmikroskopi högupplösta strukturer; de gör processerna synliga. Dessa kompletterar varandra och är därför lika viktiga. I detta projekt vill vi att avslöja hemligheter av de okända delar av bakteriell proteinsyntes och därmed fylla upp kunskapsluckor inom denna forskningsområdet. Vi vill lära oss om bakteriell evolution genom att studera proteinsyntesen i bakterier som utvecklats vid olika tidsperioder. Vi ska karakterisera en translationsfaktor "EF-Tu" som härstammar i ancient bakterier ~ 2 miljarder år gammal. Vi kommer också att studera EF-Tus från en termofil som bor vid hög temperatur (80°C), en mesofil som lever i rumstemperatur och en psykofil från Antarktis som lever i extremt kallt (0°C).  En stor del av detta projekt kommer att studera proteinsyntesmekanismer i Pseudomonas haloplanktis - en Antarktis-bakterie. Det hjälper oss att förstå hur bakterier motstår extrem förkylning. Detta är också viktigt för att hitta livet i andra planeter i rymden. Alla ribosomer innehåller en förlängd region på sin stora underenhet. Detta kallas ‘ribosomala stjälk’. Ribosomala stjälk består av fyra eller sex kopior av en mycket flexibelt protein L12 som är väsentliga i alla steg av proteinsyntes. Om L12 tas bort från ribosom kan translationsfaktorerna inte binda till ribosomen och därför agera dåligt. Men det är oklart hur L12 proteiner fungerar. Vi vill klargöra exakta funktioner hos L12-proteinerna med hjälp av kinetik och struktur. Alla translationsfaktorerna bindar till en gemensam plats på L12. Denna del är olika i bakterier och människor. Således kan denna del av bakterieribosomnivå vara målinriktade för att hitta nya antibiotika. Vi kommer att utveckla en metod för ’high throughput assay’ för identifiering av nya antibiotika som riktar sig mot bakteriella L12-proteiner. Detta kan ha stor inverkan på global hälsa. Projektet är tvärvetenskapligt och kommer att utnyttja såväl genetiska, biokemiska och strukturella metoder (till exempel röntgen kristallografi och kryo-elektronmikroskopi). Vissa delar kommer att drivas med ett aktivt samarbete med andra grupper inom eller utanför Sverige inklusiv Joachim Franks grupp i USA, som har fått Nobelpriset i kemi 2017. Resultaten från vår forskning kommer dels att publiceras i vetenskapliga tidskrifter för att läsas av andra forskare, men även i populärvetenskapliga tidskrifter för att nå ut till en bredare publik. Res