Biokemia

Professori Silvan Schellerin johtaman biokemian tutkimusryhmän tavoitteena on tutkia luonnossa esiintyviä kemiallisia prosesseja ja kehittää niitä teollisia sovelluksia varten.

Tutkimuksen painopisteet:

Tutkimuksemme keskittyy uusiin luonnossa kehittyneisiin biokatalyyttisiin transformaatioihin, jotka eivät ole toteuttamiskelpoisia klassisilla kemiallisilla menetelmillä. Näitä transformaatioita varten hyödynnämme uusia entsyymejä ja metaboliareittejä, joiden yksityiskohtainen tunteminen on tärkeää reaktioiden ymmärtämiseksi. Tätä varten teemme perustutkimusta mikrobifysiologian sekä mekanistisen entsymologian aloilla.

Mikrobit ja Entsymit:

Tällä hetkellä tutkimme anaerobisten arkeonien biokemiaa ja genetiikkaa. Valtamerien pohjissa elävät arkeonit pystyvät muuttamaan metaania tai butaania hiilidioksidiksi ja elektroneiksi. Pyrimme soveltamaan tätä metabolista prosessia uusissa alkaaneja hapettavissa sähköntuotantomenetelmissä, jotka toimisivat mikrobien normaaleissa kasvulämpötiloissa. Prosessia ei hyödynnetä vielä teollisuudessa, sillä metabolialtaan konversioon kykenevien mikrobien fysiologiaa ei tunneta tarpeeksi hyvin eikä puhtaita soluviljelmiä ole saatavilla. Tästä syystä tavoitteemme on ymmärtää paremmin prosessin biokemia sekä sen yhteys solun ATP-tuotannon välillä.

Prosessin ensimmäisessä reaktiossa metyyli-koentsyymi M reduktaasi (Mcr) katalysoi alkaanien konversion alkyyli-tioestereiksi. Reaktiomekanismia ei tunneta eikä reaktiota pystytä toistamaan laboratoriossa kemiallisesti, mutta tämän luonnossa kehittyneen entsyymin tutkiminen voi parantaa ymmärrystämme.

Työvälineet ja Menetelmät:

Tutkimme geenitekniikan avulla Methanosarcinales- ja Methanococcales-lahkoihin kuuluvia metanogeenejä. Nämä arkeonit ovat alttiita hapelle, joten niiden käsittely tapahtuu hapettomissa vetokaapeissa tai inkubaattoreissa. Methanosarcinales-lahkon lajeja käytämme mallieliöinä tutkiessamme prosesseja, joissa mikrobit hapettavat alkaaneja ja vapauttavat samalla elektroneja. Methanococcus maripaludis-lajia puolestaan käytämme arkeonien proteiinituotannossa sekä uusien metaboliareittien suunnittelussa.

Lisäksi tutkimme entsyymien reaktiomekanismeja. Tähän tarvittava suuri määrä entsyymejä ja kofaktoreita puhdistetaan Methanothermobacter marburgensis-lajista, jota voidaan kasvattaa tehokkaasti 65 °C lämpötilassa. Tämä on ainoa tunnettu tapa tuottaa edellä mainittua Mcr-entsyymiä sen aktiivisessa muodossa, jota tarvitsemme entsyymin reaktiomekanismin selvittämiseksi.

Tutkimme arkeonien biokemiaa yleisemmin myös muun muassa entsyymien anaerobisella ekspressiolla, eristetyillä kofaktoreilla tehdyillä kokeilla, entsyymikinetiikan avulla, reaktiotasapainokokeilla, elektrokemiallisilla mittauksilla, substraattianalogeja ja isotooppiefektiä hyödyntäen, NMR- ja EPR-kokeilla sekä DFT-laskelmilla.

Julkaisut:

Katso julkaisuluettelo.

http://scholar.google.com/citations?user=5nWRRZsAAAAJ&hl=en

Tohtoriopiskelijat ja Postdocit:

Mikäli olet kiinnostunut liittymään tutkimusryhmään omalla rahoituksellasi, ota yhteys Silvan Schelleriin.

Ryhmän jäsenet:

Ryhmän Johtaja:

Silvan Scheller

Assistant Professor, 2017- , Biochemistry (Aalto, FI)

Research Associate, 2016-2017, Biocatalysis (Zürich University of Applied Sciences, CH)

Postdoc, 2012-2016, Geobiology (California Institute of Technology, USA)

PhD, 2011, Organic Chemistry (ETH Zürich, CH)

Postdocit:

Norman Adlung

Norman suoritti tohtorintutkintonsa kasvipatologian alalla Martin Luther Halle-Wittenberg –yliopistossa Saksassa 2016.

Jichen Bao

Jichen suoritti tohtorintutkintonsa systeemibiologian alalla Chalmersin teknillisessä korkeakoulussa Ruotsissa 2018.

Tohtoriopiskelijat:

Mradul Mishra

Maisteri (mikobiologia), 2015-2017, (Friedrich Schiller University Jena, Germany)

Email: mradul.mishra [at] aalto [dot] fi

Perustutkinto-opiskelijat:

Irfan Mughal

Panu Inkinen