Ny upptäckt ökar förståelsen av hur växter och bakterier ser ljus

De undersökta proteinerna kallas ”fytokromer”. De består av tusentals atomer och kan liknas vid mikroskopiskt små maskiner. Proteinerna återfinns i alla växtblad samt i många bakterier och svampar. De informerar cellerna om huruvida det är dag eller natt, molnigt eller soligt.

”Fytokroma proteiner är växternas och bakteriernas ögon. Vi har nu upptäckt hur bakteriella fytokromer fungerar på molekylnivå”, förklarar Sebastian Westenhoff vid institutionen för kemi och molekylärbiologi på Göteborgs universitet.

Fytokromer förändras i ljus
En effektiv fotosyntes kräver att bladen exponeras för solljus. För att detta ska ske måste växterna växa mot solljuset, och det är de fytokroma proteinerna som styr den processen. På liknande sätt använder bakterierna fytokromer för att förflytta sig till platser där de har större chans att överleva. Proteinerna känner av ljuset och signalerar till växtcellen hur mycket ljus som finns tillgängligt.

”Så fort ett fytokrom absorberar ljus deformeras det i en serie välorganiserade strukturella förändringar. Vi upptäckte en tidig strukturell förändring redan för två år sedan. På den tiden använde vi förkortade fytokromer. Sedan dess har vi vidareutvecklat våra experimentmetoder och kan nu studera proteiner i deras fulla längd. Det var det som gjorde att vi upptäckte förändringen i det sista ledet i processen som nu kompletterar förståelsen för hur fytokromer fungerar”, säger Sebastian Westenhoff.

Nya sätt att styra celler
Upptäckten gör det möjligt att modifiera proteinerna, till exempel för att öka skördeutfall. Men den nya kunskapen är också avgörande för ny teknologi med vilken forskarna tillverkar ljuskänsliga proteiner för att styra organismer med hjälp av ljus. Sådana artificiella proteiner skulle kunna användas för att avge läkemedel på specifika platser i kroppen, till exempel i cancerceller.

”Proteiner är molekylära nanomaskiner som styr det mesta av det vi ser i naturen. För att förstå hur maskinerna fungerar måste vi dechiffrera proteinernas struktur. Denna kunskap kan också användas för att modifiera eller skapa nya proteiner med skräddarsydda funktioner”. säger Sebastian Westenhoff.

Resultatet av ett samarbete
Projektet utfördes som ett samarbete mellan två grupper vid Göteborgs universitet respektive universitetet i Jyväskylä i Finland. Man såg med tiden ett behov av att utöka samarbetet, och data till studien samlades därför in på laboratorier i Frankrike, Schweiz, Finland och USA. ”Vi var tvungna att omkoda och utvärdera ett stort antal datamängder innan vi fick ett tillförlitligt och komplett resultat”, säger Sebastian Westenhoff, ”men det var värt mödan, för nu förstår vi bättre hur växter och bakterier ser ljus.”

Resultaten har publicerats i det senaste numret av Science Advances.

Kontaktinformation: Sebastian Westenhoff, institutionen för kemi och molekylärbiologi, Tel: 0766-18 39 36, e-post: sebastian.westenhoff@chem.gu.se