Man började forska i mitokondrien redan i slutet av 1800-talet, men det finns fortfarande många obesvarade frågor om hur den är uppbyggd, dess funktion och hur den påverkar vår hälsa och våra sjukdomar. Direktör Howy Jacobs och hans forskningsgrupp vid Institutet för bioteknik (@BIOTECH_UH) hör till skaran av forskare världen över som försöker hitta svaren på dessa frågor. Deras huvudsakliga mål är att förstå hur mitokondrien interagerar med andra cellkomponenter för att upprätthålla den fysiologiska homeostasen och hur mitokondriella defekter kan leda till patologiska tillstånd.
– Mitokondrierna var ursprungligen bakterier som tog sig in i andra celler, och en stor del av deras biologi måste betraktas ur det perspektivet. De är fortfarande i viss mån autonoma och producerar själva några av sina viktigaste proteiner, som finns kodade i det mitokondriella DNA:t, en relik från inkräktarens ursprungliga genom. Det är viktigt att förstå hur mitokondrierna är uppbyggda om vi ska ha möjlighet att ingripa när de inte fungerar som de ska, förklarar Jacobs.
– Naturligtvis är det också värt att forska i mitokondrierna för att bättre förstå cellens fundamentala processer och evolution. Sjukdomsperspektivet är inte den enda motiveringen. Men jag är förstås väldigt glad att vår forskning har visat sig vara viktig för läkarvetenskapen och kan ge upphov till nya behandlingar, säger Jacobs.
– Vetenskapen är i vilket fall som helst beroendeframkallande, i alla fall för mig, menar Jacobs.
Ett backupsystem som skyddar cellerna mot mitokondriella störningar
Forskningen har pågått i över hundra år, så det är uppenbart att mitokondrierna inte avslöjar sina hemligheter så lätt.
– De senaste tio åren har vi koncentrerat oss på det ”backupsystem” som mitokondrierna i lägre organismer har, men som har gått förlorat under de högre djurens, som människans och bananflugans, evolution. Backupsystemet slår i gång när mitokondriens normala energiproducerande system är överbelastat, skadat eller förgiftat, och skyddar cellen mot de skador som en krånglande ”motor” kan orsaka. Man kan faktiskt betrakta mitokondrierna lite som bilmotorer som använder bränsle (näringsmolekyler) för att producera energi i en form som organismerna kan använda för sina livsprocesser. Om motorn inte fungerar som den ska producerar den mindre energi, men en ofullständig förbränning ger också upphov till giftiga biprodukter. Mitokondrierna fungerar på ett mycket likartat sätt, förklarar Jacobs.
Jacobs team har överfört backupsystemet, eller det alternativa cellandningssystemet, från mitokondrierna i lägre organismer till människoceller och bevisat att systemet kan skydda cellerna mot stress orsakad av sjukdomar och t.o.m. mot livsfarliga gifter som cyanid, som drabbar mitokondrierna.
– Metoden kan ge upphov till medicinska tillämpningar redan inom de närmaste tio åren. Men en del av vår forskning koncentrerar sig fortfarande på mitokondriernas grundläggande processer. Och det dyker hela tiden upp nya överraskningar, ibland inom frågor som man tidigare inte har ägnat uppmärksamhet åt eller som man inte har kunnat forska i förrän man fått de rätta verktygen, säger Jacobs.
Ett exempel är Jacobs samarbete med ett team i Paris som försöker mäta i vilken temperatur mitokondriens motor arbetar.
Vetenskap på gränsen
En fråga som forskarna kommer att bli tvungna att tampas med i framtiden är hur långt de är beredda att gå när det gäller att tillämpa genetisk kunskap på människans sjukdomar.
– Fram till i dag har man ansett att människans genom är okränkbart och att vilken som helst direkt och permanent manipulation av människans genom är oetisk. Men vi närmar oss den dag då vi genom att ändra på patientens genom kan förebygga sjukdomar och reparera de skador som olika sjukdomar har förorsakat, förutspår Jacobs.
– Det skapar ett stort etiskt dilemma, konstaterar Jacobs.
Är det etiskt försvarbart att ”förbättra” någonting som har utvecklats på naturlig väg, ibland utan att ha möjlighet att förutse alla följder? Å andra sidan, är det etiskt försvarbart att avstå från att använda teknik som kan rädda liv och förebygga lidande?
Min väg till vetenskapen
Alla forskare har inspirerats av andra, även om man kanske inte var medveten om det när det hände.
– När jag som tonåring växte upp i vad som i efterhand verkar ha varit molekylärbiologins gyllene tid påverkades jag djupt av Steven Roses bok The chemistry of life. Den fick mig att inse att genetik inte bara är någonting abstrakt som endast kan analyseras matematiskt, utan att genetiken också har en fysisk dimension. Levande organismer kunde förstås genom fysiken och kemin, och jag beslöt mig för att gå med i jakten på den förståelsen, minns Jacobs.
– Vid universitetet hade jag turen att få jobba med Tim Hunt. Han gav mig en praktisk förståelse av den experimentella metoden och lärde mig framför allt att vetenskap är roligt. Tim fick senare Nobelpriset och han skojar ofta att det som styrde in honom på vägen mot hans viktigaste upptäckt var mitt totala misslyckande i ett projekt som han gav mig. Det fick honom att pröva en annan approach.
– Som post doc-forskare arbetade jag med Eric Davidson, en av sin generations bästa utvecklingsbiologer. Erics viktigaste egenskap var att han var beredd att testa en idé tills det inte fanns någonting kvar av den. Han försvarade sina idéer in i det sista, ända tills de måste ersättas av något bättre. Eric respekterade bara dem som argumenterade med honom, så vi hade många livliga debatter som säkert har påverkat hur jag tänker ännu i dag och hur jag beter mig med mina studenter och kolleger.
Punkrock måste också ha haft någonting med saken att göra …
Länkar:
Howard Jacobs i forskningsdatabasen Tuhat
Institutet för bioteknik på Twitter: @BIOTECH_UH