Hennes grupp var först med att få mitokondriernas DNA att börja kopiera sig själv i ett provrör, en upptäckt som nu lett till att forskare världen över i stort sett enats om att mitokondriernas DNA har ett särskilt, eget sätt att starta sin replikation.
― Drömmen är att helt kunna styra mitokondriernas DNA-replikation in vitro, men dit har vi en bit kvar, säger Maria Falkenberg, som nyligen blivit professor i biomedicinsk laboratorievetenskap.
Från början utbildade sig Maria Falkenberg till biomedicinsk analytiker, men upptäckte snart att det var forskning hon ville syssla med. Hon pluggade kemi i fyra år, sedan började hon doktorera hos Per Elias på Medicinareberget. Avhandlingen, som hon lade fram år 2000, handlade om DNA-replikation i herpes simplex typ 1.
― Steget från virus till mitokondrier är egentligen inte så långt, eftersom mitokondrierna rent utvecklingsbiologiskt faktiskt härstammar från bakterier och virus, säger Maria Falkenberg.
Till USA och Stockholm och tillbaka igen
Hon spenderade två år av sin doktorandtid i Stanford i USA, samtidigt som hennes man Claes Gustafsson gjorde sin post doc där. De blev vänner med Nils-Göran Larsson, och det var i diskussioner med honom som hennes intresse för mitokondrier vaknade. Det fanns helt enkelt mycket kvar att utforska om mitokondrierna. När hon var klar med sin avhandling flyttade hon till Stockholm för att göra sin post doc med Nils-Göran vid Karolinska Institutet. För några år sedan rekryterades både hon och hennes make Claes tillbaka till Sahlgrenska akademin . Här forskar hon 80 procent av sin tid, och ansvarar dessutom för en av kurserna inom biomedicinska programmet varje år.
Fina priser och stora anslag
På sistone har Maria Falkenberg fått flera fina priser och anslag, bland annat ett mångmiljonanslag från Europeiska forskningsrådet ERC och lilla Fernströmspriset. Men trots framgångarna vill hon inte att forskargruppen ska bli mycket större.
― Jag gillar nära samarbeten. Vi anställer snart två nya post docs, men sedan får det räcka. Om vi vore fler skulle jag inte kunna prata med alla varje dag, säger Maria Falkenberg.
I gruppen ingår två doktorander, en biomedicinsk analytiker, en disputerad forskare och en post doc. Ytterligare en doktorand börjar nu till sommaren, för att ersätta en av de gamla som snart ska disputera.
En upptäckt som skriver om läroböckerna
Men hur var det nu med upptäckten om hur det egentligen går till när mitokondriernas DNA börjar kopiera sig själv? Forskargruppen vid Sahlgrenska akademin fokuserade länge på ett särskilt enzym som kallas RNA-primer, och som ansågs vara nödvändigt för att mitokondriernas DNA skulle börja fördubbla sig själv, eftersom sådant enzym krävs för att replikationen av DNA i cellkärnan ska starta. I två år letade forskargruppen efter ett enzym som hade samma funktion i mitokondrierna, utan att kunna hitta det. Sedan insåg de att mitokondriernas DNA hade ett annat, alldeles eget sätt att starta sin replikation. RNA-polymeras, det enzym som behövs för att översätta DNA till RNA, visade sig också lägga ner korta RNA-primers, som startade replikationen.
― Man kan säga att vi har bevisat att en gammal hypotes om att mitokondriernas DNA replikerar sig på ett alldeles eget, unikt sätt. Nu har alla accepterat att det är så, och det är det som kommer att stå i framtida läroböcker om mitokondriernas DNA, säger Maria Falkenberg.
Många frågor återstår
Men även om de nu vet hur replikationen startar finns det mycket kvar att undersöka. Till exempel, den replikation som startas i mitokondriernas DNA pågår bara under 700 nukleotider, sedan slutar den nästan alltid, trots att hela genomet är 1600 nukleotider långt. Varför replikationen avstannar vet man inte. Forskargruppen fortsätter leta efter nya enzymer och proteiner som påverkar mitokondrierna på olika sätt.
―Mitokondrierna är små, och dess DNA innehåller bara 13 gener. Men replikationen i mitokondrierna styrs från cellkärnan, som har 25 000 gener, så det finns massor av proteiner som skulle kunna styra mitokondriernas replikation på olika sätt, säger Maria Falkenberg.
Kanske ett framtida forskningscentrum
Maria Falkenbergs forskargrupp ingår i området mitokondrier och metabolism, som helt nyligen fick högsta möjliga betyg, outstanding, i forskningsrapporten RED10. Inom området mitokondrier och metabolism finns både forskare som arbetar med grundläggande biologiska frågeställningar, som Maria Falkenberg och hennes make Claes Gustafsson, som studerar hur mitokondriernas DNA översätts till RNA, och kliniska forskare som också arbetar inom vården med patienter som har sjukdomar som beror på att mitokondriernas inte fungerar som de ska.
― Än så länge är vi mest ett utarbetat nätverk, men i förlängningen hoppas vi kunna etablera ett forskningscentrum med inriktning mot mitokondrier och metabolism, säger Maria Falkenberg.
Medlemmar i forskargruppen
Maria Falkenberg, professor
Sjoerd Wanrooij, post doc
Bertil Macao, forskare
Javier Miralles Fusté, doktorand
Elisabet Jemt, doktorand
Emelie Hoberg, biomedicinsk analytiker
Några publikationer
The human mitochondrial replication fork in health and disease
Biochim Biophys Acta. 2010 Aug; 1797 (8): 1378-1388. Review.
Wanrooij S, Falkenberg M.
Mitochondrial RNA polymerase is needed for activation of the origin of light-strand DNA replication.
Mol Cell. 2010 Jan 15; 37(1): 67-78
Fusté JM, Wanrooij S, Jemt E, Granycome CE, Cluett TJ, Shi Y, Atanassova N, Holt U, Gustafsson CM, Falkenberg M.
Structure casts light on mtDNA replication
Cell. 2009 Oct 16; 139(2): 231-233
Falkenberg M, Larsson NG.
