Ruuansulatuskanavan bakteerien selviytymismekanismi tarkentui

​Kalvopumput, eli  pyrofosfataasit, ovat solukalvojen valkuaisaineita, jotka säätelevät solun energiataloutta siirtämällä solukalvon läpi erilaisia yhdisteitä.

Turun yliopiston tutkimusryhmä on tunnistanut ennen tuntemattoman kalvopumpputyypin, joka siirtää solukalvon läpi yhtä aikaa sekä natrium-ioneja että protoneja. 

- Kalvopumput ovat tärkeitä solujen energiataloudelle, ja nyt tiedämme niiden lisäävän esimerkiksi eliöiden stressinsietokykyä, tutkijatohtori Anssi Malinen kertoo tehdyn tutkimuksen merkityksestä.

Tutkimusryhmän havaitsemia uudentyyppisiä pumppuja on erityisesti ihmisen ruuansulatuskanavan bakteereissa, mutta Malisen mukaan niiden lähisukulaisia tavataan muissakin organismeissa.

- Esimerkiksi kasveilla pumppujen keräämä lisäenergia auttaa sietämään kuivuutta, Malinen tarkentaa.  

Kalvopumput voivat teoriassa taipua moneen. Malisen mukaan löydetty kalvopumppu on samankaltainen kuin malariaa aiheuttavilla loisilla.

- Jos onnistuttaisiin kehittämään kalvopumpun toiminnan estävä inhibiittori, voisi pyrofosfataaseissa piillä tehokas ratkaisu malariankin hoitoon.

Kalvopumpuilla tehokkaampaa bioenergiaa?

Malisen mukaan nyt on löydetty ainutlaatuinen kalvopumpputyyppi ja työ sen yksityiskohtaisemman toimintamekanismin selvittämiseksi biokemian oppiaineessa jatkuu.

- Perustutkimuksen myötä ymmärrämme paremmin solukalvoilla tapahtuvien kuljetusreaktioiden monimuotoisuuta sekä kalvopumppujen rakenteen ja toiminnan välistä yhteyttä.

Perustutkimuksen ohella on alettu selvittää erilaisia sovellusmahdollisuuksia.  

- Parhaillaan teemme yhteistyötä laitoksellamme toimivan tutkimusryhmän kanssa, ja yritämme parantaa pyrofosfataasin avulla biopolttoaineita tuottavien bakteerien ominaisuuksia, Malinen vihjaa käynnistyneestä projektista.

Protonien tehokas hyödyntäminen solun energiataloudessa on evoluution tulos

Pyrofosfataasit kierrättävät solun reaktioissa sivutuotteena syntyvän energian ja auttavat bakteereja menestymään paremmin haastavissa ympäristöolosuhteissa.

Natriumia ja protoneja siirtävät pyrofosfataasit ovat kehittyneet pelkkää natriumia siirtävistä pyrofosfataaseista pienten rakenteellisten muutosten kautta.

- Nyt löydettyjen pyrofosfataasien avulla bakteeri voi samanaikaisesti säädellä sekä natrium-ioneihin että protoneihin perustuvaa energiataloutta. Tämä säästää solun resursseja verrattuna luonnossa yleisempään tilanteeseen, jossa natrium-ionien ja protonien kuljettamiseen solukalvon läpi tarvitaan erilliset järjestelmät, Malinen kertoo

Protoneja suurempien natrium-ionien liikkuvuuden hallinta on ollut alkusolujen kehittyville kalvorakenteille helpompaa. Tästä syystä on luultavaa, että natrium-ionien säädeltyyn kiertoon perustuvat energiatalousjärjestelmät kehittyivät soluissa ensimmäisenä.

- Kun kalvorakenteet jalostuivat evoluution myötä myös protoneja läpäisemättömiksi, tuli soluille yleisesti kannattavammaksi perustaa energiataloutensa tehokkaampaan protonien kiertoon. Nyt julkaisemamme havainto tukee tätä teoriaa, toteaa Malinen.

Uusimman tutkimuksen tulokset julkaistiin arvostetussa yhdysvaltalaisessa Proceedings of the National Academy of Sciences -lehdessä tammikuussa.

Pyrofosfataasi-entsyymien toimintamekanismeja ja biologista merkitystä on tutkittu Turun yliopistossa jo 1970-luvun alusta alkaen. Nykyistä Turun yliopiston tutkimusryhmää johtavat professori Reijo Lahti sekä Moskovan yliopiston professori Alexander Baykov, ryhmän kalvopumppuihin erikoistuneina tutkijoina toimivat Anssi Malinen ja Heidi Luoto.

>> Artikkelin abstrakti PNAS-lehdessä

 Liisa Reunanen