Så gör en stressad cell – mätning banar väg för nya läkemedel gott öl
Även en cell blir stressad. Och agerar därefter. Chlamersforskare har nu lyckats mäta exakt hur jästceller reagerar på förändringar i omgivningen. Metoden kan bana väg för biologiska målsökande läkemedel, uppger forskarna. Men också bidra till bättre öl och bröd.
Det är inte bara vi människor som påverkas av stress. Alla levande organismer kan uppleva stress när de utsätts för krävande utmaningar.
Celler och mikroorganismer har komplicerade system för att anpassa sig till nya förhållanden. Att förutse hur enskilda celler reagerar på olika förändringar är därför en svår uppgift. Celler kan nämligen ändra sin inre struktur genom att ta upp eller avge olika ämnen.
Tredimensionell titt på stressad cell
Chalmersforskarna har nu lyckats mäta exakt hur enskilda jästceller reagerar på en förhöjd salthalt. De kunde slå fast att det var sockerarten glycerol som jästcellerna producerade och dessutom hur mycket och hur snabbt olika celler framställde ämnet.
– Jäst och bakterier har mycket lika system när det gäller att svara på stress. Därför är resultaten intressanta ur en medicinsk synvinkel. Detta kan vara ett steg på vägen för att göra livet svårare för oönskade bakterier som kommer in i vår kropp – ett sätt att försöka slå ut deras försvarsmekanismer, säger Daniel Midtvedt, forskare inom biologisk fysik på Chalmers.
Han och hans kolleger har utvecklat en variant av holografisk mikroskopi som gör det möjligt att studera celler tredimensionellt. Metoden bygger på att en laserstråle först delas upp och sedan sätts samman igen. Medan den ena halvan används för att analysera en mikroorganism lämnas den andra halvan opåverkad. När de båda delarna strålar samman igen svänger de inte längre i fas. Då går det att läsa av förändringar i cellens egenskaper med hjälp av variationerna i fasförskjutningarna.
Cellens produktion vid stress
Genom att undersöka en cell på det här sättet kan forskarna se exakt vad mikroorganismen producerar vid stress. En stor fördel med den nya metoden är att cellerna inte skadas när de undersöks. Forskarna planerar nu att använda den nya metoden i ett stort samarbetsprojekt för att titta på upptag av målsökande biologiska läkemedel.
– Förhoppningsvis kan detta bidra till att vi bättre kan förstå hur läkemedel tas upp och processas av mänskliga celler. Det är viktigt för att kunna utveckla denna nya typ av läkemedel som vi hoppas ska kunna behandla sjukdomar som idag är obotliga, säger chalmersprofessor Fredrik Höök, som även leder forskningscentrumet Formulaex, där AstraZeneca är ledande industripartner.
Men det är inte bara den medicinska forskningen som kan gynnas av kunskapen om de stressade jästcellerna, utan även livsmedelsindustrin.
Förändra jästcellerna för bättre bröd
– Jäst är en viktig mikroorganism vid till exempel bakning och ölbryggning. Där kan det vara värdefullt med kunskap om hur jästcellers fysikaliska egenskaper kan förändras så att produkterna blir precis som vi vill ha dem, säger Daniel Midtvedt.
Chalmersforskarna har med hjälp av holografisk mikroskopi studerat biologiska mikroorganismer tredimensionellt för att se hur de reagerar på förändringar i omgivningen. Cellernas stressreaktioner mäts med hjälp av en laserstråle som delas. Medan den ena halvan används för att analysera en cell lämnas den andra halvan opåverkad. När de båda delarna strålar samman igen svänger de inte längre i fas. Det går då att läsa av förändringar i cellens egenskaper med hjälp av variationerna i strålens fasförskjutningar.vDen nya metoden ska nu användas i medicinsk forskning för att utveckla målsökande biologiska läkemedel som kan bekämpa svåra sjukdomar. Forskningsresultaten kan också användas för att förbättra livsmedel där jäst ingår, till exempel bröd och öl.
Artikel i Nature Communications:
Label-free spatio-temporal monitoring of cytosolic mass, osmolarity, and volume in living cells. Daniel Midtvedt, Erik Olsén, Fredrik Höök, Gavin Jeffries
Kontakt:
Daniel Midtvedt, doktor, institutionen för fysik, Chalmers tekniska högskola, midtvedt@chalmers.se
Fredrik Höök, professor, institutionen för fysik, Chalmers tekniska högskola, fredrik.hook@chalmers.se
