Regleringen av det reversibla hydrogenaset och dess roll i
vätgasmetabolismen hos cyanobakterier
Johannes Sjöholm
Vätgas (H2) anses vara ett av de främsta alternativen till en framtida energibärare. Vid
användning i så kallade bränsleceller alstrats elektricitet med vatten som ända restprodukt,
vilket gör vätgas till en miljömässigt ren energikälla. För storskalig användning skulle vätgas
potentiellt kunna framställas med hjälp av cyanobakterier, en grupp fotosyntetiserande
mikroorganismer som kan leva med solen som enda energikälla. Möjligheten att kombinera
energin från fotosyntesen med förmågan att samtidigt producera vätgas är det som kan göra
cyanobakterier till framtidens vätgasproducenter.
Flera enzymer är inblandade i vätgasmetabolismen hos cyanobakterier. Ett nitrogenas med
förmågan att fixera atmosfäriskt kväve producerar vätgas som en biprodukt. Det mesta av den
vätgas producerat av nitrogenaset återanvänds dock av ett upptagshydrogenas. Dessutom finns
också ett reversibelt hydrogenas med förmågan att både producera och ta upp vätgas. För att
en vätgasproduktion från cyanobakterier ska kunna realiseras måste de mekanismer som
ligger till grund för vätgasmetabolismen undersökas i detalj. I detta arbete har regleringen av
de gener som kodar för det reversibla hydrogenaset studerats i cyanobakterien Anabaena sp.
PCC 7120. Det reversible hydrogenaset kodas av fem hox gener (hoxEFUYH) och tidigare
studier har visat att dessa är belägna i två grupper separerade av ungefär 8800 baspar i
genomet. I närheten av hox generna finns också några andra gener med okänd funktion och
det är oklart om dessa har en koppling till enzymet. Det har tidigare endast gjorts ett fåtal
studier på det reversibla hydrogenaset i Anabaena sp. PCC 7120 och målet med denna studie
var att försöka öka kunskapen om hur generna som kodar för enzymet utrycks och regleras.
Resultaten indikerar att hox generna i den första gruppen, innehållande hoxE och hoxF, kan
transkriberas som en enhet tillsammans med ytterligare en gen med okänd funktion. Med
transkription menas den process i cellen där DNA översätts till RNA (som sedan översätts till
ett protein/enzym). Den andra gruppen innehållande hoxU, hoxY och hoxH kan också
transkriberas som en enhet tillsammans med fyra andra gener och resultaten antyder att denna
grupp regleras från minst två olika regioner (promotor regioner). Två proteiner som binder till
en av dessa regioner isolerades. De två proteinerna har ännu inte identifieras men om det visar
sig vara proteiner som kan reglera uttrycket av hox generna kan detta öka kunskapen om hur
regleringen av det reversibla hydrogenaset sker. Experiment genomfördes också för att
analysera skillnaden i uttrycket av hox generna under aeroba (syre närvarande) och anaeroba
(inget syre närvarande) förhållanden och resultaten av detta visar att genuttrycket är lägre vid
närvaro av syre. Detta betyder att det finns en högre koncentration av det reversibla
hydrogenaset när cellerna vistas i en miljö utan syre.
Regleringen av det reversibla hydrogenaset och dess roll i vätgasmetabolismen hos
cyanobakterier är troligtvis en mycket invecklad process och även om denna studie har givit
en del kunskap om enzymets reglering i Anabaena sp. PCC 7120 så återstår mycket arbete.
Examensarbete i biologi, 20p, VT 2005
Institutionen för biologisk grundutbildning och Institutionen för Fysiologisk botanik,
Uppsala Universitet
Handledare: Paulo Oliveira och Peter Lindblad
