Det är inte bara vi människor som påverkas av stress, utan även mikroorganismer. Nu har Chalmersforskare utvecklat ett nytt sätt att studera hur enskilda biologiska celler reagerar på förändringar i omgivningen. Metoden kommer att användas för att utveckla målsökande biologiska läkemedel som kan bekämpa svåra sjukdomar. Men forskningen kan också bidra till bättre bröd och öl.

Den ena halvan av en delad laserstråle analyserar en cell, medan en andra lämnas opåverkad. När strålarna sammanförs svänger de inte längre i fas. Cellens reaktioner kan läsas av i fasförskjutningarna. (Yen Strandqvist/Chalmers)

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.
Chalmersforskarna Daniel Midtvedt, Erik Olsén, Fredrik Höök och Gavin Jeffries har 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. Deras resultat har nu publicerats i den ansedda vetenskapliga tidskriften Nature Communications.
– Jäst och bakterier har mycket lika system när det gäller att svara på stress, säger Daniel Midtvedt, forskare inom biologisk fysik på Chalmers och huvudförfattare till den vetenskapliga artikeln. 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.
Daniel Midtvedt har forskat i ämnet sedan 2015 och i sitt arbete har han och kollegorna 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.
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, säger chalmersprofessor Fredrik Höök, som även leder forskningscentrumet Formulaex, där AstraZeneca är ledande industripartner. Det är viktigt för att kunna utveckla denna nya typ av läkemedel som vi hoppas ska kunna behandla sjukdomar som idag är obotliga.
Men det är inte bara den medicinska forskningen som kan gynnas av kunskapen om de stressade jästcellerna, utan även livsmedelsindustrin.
– 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.
Den 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.

Artikeln ”Label-free spatio-temporal monitoring of cytosolic mass, osmolarity, and volume in living cells” är publicerad i Nature Communications. Den är skriven av chalmersforskarna Daniel Midtvedt, Erik Olsén och Fredrik Höök på institutionen för fysik och Gavin Jeffries (Fluicell AB), tidigare verksam vid institutionen för kemi och kemiteknik.

Filed under: SvenskTeknik