Sinilevät sopeutuvat ympäristömuutoksiin geeninsäätelyn avulla (Väitös: FM Liisa Gunnelius, 4.4.2014, molekulaarinen kasvibiologia)

​Turun yliopiston tiedote 27.3.2014

Yleistermi ”sinilevä” on Liisa Gunneliuksen mukaan oikeastaan varsin huono sana kuvaamaan näitä eliöitä.

– Ne ovat bakteereita ja yleensä vihreitä. Sinisyys tulee esille vasta syanobakteerien kuollessa, kun yhteyttämisessä käytetyt valonkeruupigmentit vapautuvat soluista, Gunnelius sanoo.

Syanobakteerit yhteyttävät valon avulla vedestä ja hiilidioksidista sokereita. Sivutuotteena ne vapauttavat ilmakehään happea esimerkiksi ihmisten hengitettäväksi. Ilmaston lämpeneminen ja kasvava hiilidioksidipitoisuus olisivat siis oikeastaan ihanteellisia muutoksia näille pieneliöille.

RNA-polymeraasi mallinnettiin kolmiulotteisena

Väitöstutkimuksen kohteena ollut entsyymi, RNA-polymeraasi, on solun geeninlukukoneiston ensimmäisen vaiheen moottori. Sen avulla DNA:n sisältämästä informaatiosta tehdään RNA-kopio, jonka avulla solu pystyy rakentamaan geenin koodaaman proteiinin.

Syanobakteerin RNA-polymeraasista tehtiin ensin kolmiulotteinen tietokonemalli, jonka avulla löydettiin sekä yhtäläisyyksiä että eroja muihin RNA-polymeraaseihin verrattuna.
RNA-polymeraasin ydin on säilynyt koko eliökunnassa ihmistä myöten.

– Eri eliöillä on kuitenkin erilaisia lisäosia, jotka ikään kuin tuunaavat koneiston juuri tiettyyn tarkoitukseen sopivaksi. Esimerkiksi monet antibiootit estävät erityisesti bakteerien RNA-polymeraasin toiminnan, mutta eivät vaikuta ihmisen RNA-polymeraasiin, Gunnelius kertoo.

Bakteereilla tärkeä säätelijä on niin sanottu sigma-tekijä, joita syanobakteereilla on useita erilaisia. Kun RNA-polymeraasin ytimeen kiinnittynyt sigma-tekijä vaihtuu toiseen, myös luettavat geenit vaihtuvat. Gunnelius selvitti tutkimuksessaan muun muassa eri sigma-tekijöiden roolia erilaisiin ympäristöoloihin sopeutumisessa.

Turhaksi luultu omega-alayksikkö osoittautuikin kriittisen tärkeäksi

Varsinainen yllätys väitöstutkimuksessa paljastui, kun Gunnelius tarkasteli RNA-polymeraasin ytimeen kuuluvan omega-alakyksikön roolia. Tämä osa on välttämätön eukaryooteille eli aitotumaisille, kuten hiivalle ja ihmiselle. Bakteereilta sitä koodaava geeni voidaan kuitenkin poistaa ilman että kasvu normaalioloissa häiriintyy.

Gunnelius havaitsi, että syanobakteereilla omega-alayksikön poistaminen aiheuttaa suuria muutoksia geenien ilmenemisessä. Myös tärkeimmän sigma-tekijän kiinnittyminen ytimeen häiriintyy, kun omega-alayksikköä ei ole. Muodostuvat mutanttisolut ovat erittäin herkkiä lämpötilan ja hiilidioksidipitoisuuden nousulle.

– Omega-alayksikkö on ollut pitkään vain pieni ”turhake”. Nyt saadut tulokset viittaavatkin siihen, että sillä on tärkeä rooli geeninsäätelyssä ja syanobakteerien sopeutumisessa ympäristöolojen muutokseen, Liisa Gunnelius sanoo.

***
Perjantaina 4. huhtikuuta 2014 kello 12 esitetään Turun yliopistossa (PharmaCity, Pha1-auditorio, Itäinen Pitkäkatu 4) julkisesti tarkastettavaksi filosofian maisteri Liisa Marianna Gunneliuksen (o. s. Prepula) väitöskirja ”Cyanobacterial RNA polymerase: Structural features and acclimation to environmental change” (Syanobakteerin RNA-polymeraasi: Rakenteelliset ominaisuudet ja sopeutuminen ympäristöolojen muutokseen). Virallisena vastaväittäjänä toimii professori Enrique Flores Sevillan yliopistosta Espanjasta ja kustoksena professori Eevi Rintamäki.

FM Liisa Gunnelius on syntynyt 1978 Tampereella ja kirjoittanut ylioppilaaksi 1998 Tampereen Lyseon lukiosta. Filosofian maisteriksi Gunnelius valmistui 2008 Turun yliopistosta, jossa hän parhaillaan toimii projektitutkijana. Väitös kuuluu molekulaarisen kasvibiologian alaan.