Spenatexperiment i stor skala på Testa Center

Marvin Seibert hoppas öka kunskapen om hur koldioxid fixeras i växter. Här tillsammans med masterstudenten Ekansh Sharma (i förgrunden).

Testa Center invigdes i augusti 2018 vid GE Healthcare i Boländerna. Anläggningen kan användas både av företag och av forskare. Vid Uppsala universitet var Marvin Seibert och hans forskargrupp först ut med att göra sina experiment här.

De kommer från institutionen för cell- och molekylärbiologi och hade fått stråltid för neutronspridningsexperiment i USA och Tyskland. För att få med sig tillräckligt med kristalliserat protein krävdes experiment i mycket större skala än som var möjligt på BMC.

– Man behöver tusen gånger större proteinkristaller för neutronkristallografi än för röntgenkristallografi. Nu när vi har kört vårt första experiment på Testa Center har vi över fem gram protein från två veckors arbete, medan vi producerade 100 milligram åt gången i vårt laboratorium, säger Marvin Seibert.

Tekniken är i princip densamma som de använder på BMC, nämligen proteinkromatografi.

– Maskinerna vi använder här är helt enkelt mycket större versioner av vad vi har i vårt labb. För vår process gick det ganska bra att skala upp med ungefär en faktor 40, tack vare att vi fick hjälp av GE Healthcares ingenjörer vid Testa Center.

Innan vi går in i laboratoriet får vi ta på oss glasögon och rockar. Den här eftermiddagen är det ganska tomt i labbsalarna, men det brukar vara välbesökt. Efter bara fyra månader används redan anläggningen till två tredjedelar av den fulla kapaciteten, berättar Jesper Hedberg, som är verksamhetschef vid Testa Center.

– Hela konceptet, att komma hit och göra det själv, är väldigt nytt för många och kommer nog att ta tid att jobba in. Men intresset är väldigt stort, både bland företag och forskare. Vi har haft över 1000 besökare, varav hälften kommer från GE och hälften är externa.

Som verksamhetschef jobbar han mycket med att sprida information om möjligheterna med Testa Center.

– Det ligger i vårt uppdrag att tillgängliggöra tekniken för alla som behöver.

Forskargruppen tar plats vid labb-bänkarna och börjar packa upp den viktiga råvaran i deras forskning: Bladspenat, som skördas när de fina bladen just slagit ut. De innehåller mycket lösligt protein, bland annat Rubisco, enzymet som tar upp koldioxid och omvandlar det till energirika sockermolekyler.

– Rubisco svarar för nästan all koldioxidfixering som är den andra sidan av koldioxid-ekvationen, så det är fundamentalt vetenskapligt intressant. Det finns också hopp om att med bättre förståelse av den här processen kunna minska behovet av gödningsmedel, berättar Marvin Seibert.

Till en början använde de egenodlad spenat. Forskarkollegan Marie Wrande har en gård och odlade spenaten som användes i labbet. Men när projektet växte övergick de till att köpa spenat på vanliga matbutiker.

Bladspenaten mixas med vätska till en ”smoothie”, i en vanlig mixer. Ur denna blandning kan man sedan separera ut proteinet. Det sker i ett stort rör kopplad till en maskin, en så kallad Exclusion Chromatography kolonn. Masterstudenten Ekansh Sharma visar hur det går till, det var han som gjorde stora delar av jobbet i somras tillsammans med forskaren Dirk Hasse.

Proteinet omvandlas till kristaller som kan användas i experiment, där man följer den kemiska reaktionen. Tekniken kallas neutronkristallografi och kommer att finnas vid European Spallation Source (ESS), den stora anläggningen som är under uppbyggnad i Lund. Tills den står klar får forskargruppen åka till anläggningar i Tennesse i USA och München i Tyskland.

– Tekniken är fantastisk eftersom vi kan se vätet och protonerna i reaktionsmekanismen, säger Marvin Seibert och konstaterar att det behövs mer kunskap.

– Det förvånar mig hur mycket forskning det finns om hur koldioxid släpps ut i olika processer. Men när det gäller avlägsnandet från atmosfären är reaktionsmekanismen bokstavligt talat okänd, helt enkelt för att vi inte vet…

För att kunna följa den här processen räcker det inte med traditionell röntgenkristallografi, eftersom den inte visar protonernas position. Det är inte ens säkert att det är möjligt med den nya tekniken, menar Marvin Seibert.

– Det är en utmaning eftersom proteinet är så stort. Men våra data från de första experimenten ser lovande ut så förhoppningsvis kan vi snart tillbakavisa kritiken om att det är omöjligt. Vi är väldigt nära att lyckas med det här.

Kristaller är koncentrerat protein och de är väldigt bräckliga. Därför körde forskarna bil till experimenten i München, för att undvika risken med lufttransport. När de var i Tennessee flög de till Chicago och sedan ägnade Marvin Seibert en dag åt att köra till Tennessee. Ändå förstördes en av två riktigt bra kristaller.

– Av proteinerna vi renade nu senast har redan den första satsen skickats till Tennessee så vi kan kristallisera den på plats. Det här är högriskexperiment och vi vill vara så väl förberedda vi någonsin kan. Testa Center hjälper oss med det, säger Marvin Seibert.

Fakta

Testa Center är en anläggning, delvis finansierad av Vinnova, vid GE Healthcare i Uppsala. Laboratoriet kan användas för uppskalning av olika biologiska processer. Uppsala universitet och GE Healthcare har slutit ett samverkansavtal som ger universitetets forskare möjlighet att testa biologiska processer i större skala och studenterna erfarenhet av industriella processer.

Neutronkristallografi – kan utföras vid stora forskningsanläggningar utomlands. Marvin Seiberts forskargrupp har använt tekniken vid Spallation Neutron Source på Oak Ridge National Laboratory i Tennessee och Research Neutron Source Heinz Maier-Leibnitz i München i Tyskland.

Läs mer

Nya Testa Center öppnas för forskning och utbildning