Wallenberg Academy Fellows

Grundläggande kemisk forskning om metaller och enzymer

Avancerad kemi, som till exempel i växternas fotosyntes, kan inte utföras i ett laboratorium. Det är något som både provocerar och inspirerar Martin Högbom. Som nyutnämnd Wallenberg Academy Fellow vill han studera samspelet mellan metaller och enzym – kunskap som kan vara viktig för framtidens gröna energi.

Martin Högbom gillar utmaningar. Han vill gärna förstå hur saker och ting hänger ihop, se samband och hitta lösningar. Ofta blir han uppslukad av det han håller på med. Nyfikenhet och passion är väsentliga drivkrafter i hans liv. Det gäller hans privatliv:

– Jag har tre fantastiska barn och gillar ju-jutsu och alpin skidåkning, bland annat. Som alla kemister tycker jag också att matlagning är kul.

Det gäller också hans engagemang i Sveriges Unga Akademi där han är ordförande.

– När man har varit forskare ett tag så inser man att man inte bara arbetar i ett forskarsamhälle, utan att man faktiskt också är med och bygger upp forskarsamhället. Om man då ser fel och brister så tycker jag att man är skyldig att försöka bidra till att förbättra systemet. På så sätt är det väldigt roligt att vara aktiv i Sveriges Unga Akademi där man kan få ett större gehör och ett större genomslag för sina idéer och åsikter.

Det gäller naturligtvis även hans forskning:

– När forskningen fungerar som den ska och man hamnar i en lyckosam situation, som den jag befinner mig i just nu, då är forskning så himla häftigt. Jag kan inte påminna mig om en enda dag då jag inte har velat gå till jobbet, och det är en otrolig lyx.

När det gäller forskningen beskriver han den med ord som ”beroendeframkallande” och – om än med viss tvekan – framhåller ytterligare en viktig drivkraft, nämligen uppskattning.

– Jag kan inte sticka under stol med att jag vill att folk ska tycka att vi gör bra saker. Det roligaste som finns är till exempel när någon kommer fram och säger att de har läst vår senaste artikel och tycker att experimenten är snygga.

Nästan som magi

När Martin började läsa på universitetet valde han kemi eftersom det var en bred utbildning, men ganska snart blev han betagen av enzymer. Anledningen var – naturligtvis – att de var i det närmaste obegripliga och som sådana en utmaning som han inte kunde motstå. Enzymkatalyserade kemiska reaktioner verkade nämligen strunta i alla kemiska regler han lärt sig om på utbildningen. Istället verkade de ha sina egna regler, nästan som magi.

Sedan dess har han ägnat sig åt att studera och försöka förstå denna magi. Han beskriver enzymer som ett slags ”sub-nano-teknologi-maskiner” och beskriver sitt forskningsfält i termer av utseende och struktur kopplat till funktion.

– Det är fantastiskt kul eftersom det är så visuellt. Man får en bild av en jätteliten maskin som man kan vrida och vända på för att börja fundera på hur den fungerar och vad som händer när man gör olika ändringar i systemet. Det är en form av kemisk arkitektur som gör att vi kan använda ett kemiskt resonemang på biologiska observationer, system och funktioner.

Martin Högbom har idag två huvudspår i sin forskning.
Det ena handlar om membranproteiner, de proteiner som sitter i cellens hölje och styr både cellens energiomvandling och transport av olika molekyler.

För det andra handlar hans forskargärning om samspelet mellan enzymer och metaller. För att få den kraft som är nödvändig för många av de grundläggande kemiska processer som sker i levande organismer, utnyttjar nämligen många enzymer olika metaller. Ett exempel är det röda blodproteinet hemoglobin, som använder sig av järnjoner för att kunna koppla till syre och transportera det till kroppens alla olika delar. Ett annat exempel är proteinsystemet i gröna växter som bland annat använder sig av magnesiumjoner och manganjoner för att producera syre.

”Jag tycker att den här typen av program är helt rätt i det skede av karriären jag befinner mig i just nu. Programmet är så pass långsiktigt, fem år, att jag kan våga prova lite svårare saker och testa nya metoder. Jag tror också att jag kommer att ha väldigt stor nytta av mentorprogrammet som ingår. Anslaget är också något av ett erkännande, ett uppmärksammande, för det vi hittills gjort och de visioner vi har.”

Grundläggande mekanismer

Som Wallenberg Academy Fellow ska han fortsätta, och fördjupa, sin forskning om grundläggande mekanismer i samspelet mellan enzymer och metaller.
Projektet har tre delar. I en del av projektet ska Martin Högbom och hans kollegor studera hur kemin går till när ett enzym väl har bundit en metall. I en annan del vill han försöka förstå hur ett enzym hittar rätt metall att binda till sig. I projektets tredje del fokuserar forskarna på hur enzymet styr metallernas redox-egenskaper, det vill säga hur benägna de är att ta upp eller avge elektroner, vilket styr deras kemi, till exempel då de reagerar med syre.

– Vi har hittat ett bra modellsystem där vi kan göra experiment utan att blanda in för många andra faktorer som normalt finns i en komplicerad cell, och det är en sak som jag tycker har saknats i den här forskningen tidigare.

Varför är då denna forskning viktig?

– I grundforskning är kunskap viktig för sin egen skull. Den hjälper oss att bättre förstå hur naturen och våra kroppar fungerar, det är vårt primära syfte. Den här typen av forskning har också klara länkar till nytta. Förstår vi de här processerna så kan vi lättare påverka dem, till exempel med läkemedel. Kunskapen är också relaterad till grön energi och grön kemi: om vi förstår hur metaller och enzym samverkar i svåra kemiska reaktioner eller i fotosyntesen så har vi större möjligheter att härma naturens sätt att göra kemi och skörda solljus.

Text Anders Esselin
Bild Magnus Bergström