Sialinsyrer – ukjent supersukker
Man Kumari Gurung har i sitt doktorgradsarbeid forsket på spesielle sukkermolekyler; sialinsyrer, som finnes på overflaten av proteiner hos både mennesker, bakterier og virus. Det har vist seg at disse sukkermolekylene er viktige for utvikling av hjernen hos nyfødte og de er derfor interessante som tilskudd til morsmelkerstatning. Dette er sukkerkjeder med avansert oppbygning og krever et spesielt sett med verktøy for å produseres i organismene.

Modell av enzymet Aldolase fra bakterien, Aliivibrio salmonicida, som nå kan være aktuelt i produksjon av babymat.

Bruker naturens eget maskineri
Gurung har sett på verktøyet, dvs enzymene, som bidrar i dannelsen av sukkermolekylene og forsøkt å finne ut hvordan de fungerer og hvordan de er bygd opp. Og det er nettopp enzymene som er interessante for kommersiell produksjon. Kjemisk syntese av sukkerne blir for kostbart og tidkrevende og det er her naturens eget verktøy har vist seg å være mest effektivt, nemlig som biologisk katalysator.

Men, det var ikke bare potensialet for kommersiell applikasjon som var i fokus da Gurung startet sitt arbeide, selv om hennes forskning nå har resultert i en patentsøknad. Sialinsyrene har nemlig en svært sentral rolle hos sykdomsfremkallende bakterier og virus.

Sukker som kamuflasje
Sukkerkjeder og fettstoffer som kobles til proteiner har mye å si for den endelige funksjon til proteiner og gjør at proteiner som er mer eller mindre identiske i ulike organismer likevel kan få forskjellige funksjoner. Sukker- og fettkjedene som dekker proteiner kan utgjøre så mye som 50% av proteinets totalvekt og hos mennesker og dyr har de fleste proteiner en eller annen form for kappe. Hos noen fiskepatogene bakterier brukes sukkerkjeder på overflaten av selve bakterien som kamuflasje for å unngå å bli oppdaget av fiskens immunsystem.

Bakterier som forårsaker sykdom hos fisk lurer laksens immunforsvar med å ikle seg en kappe av sukkermolekyler som normalt finnes på en rekke proteiner. Figuren viser hvordan sukker kjeder (til høyre) er festet i kappen som omgir bakterien (til venstre). Illustrasjon: Gurung

Enzymer fra fisk spesielt interessante
Gurung har sett nærmere på sukkerkjeder fra de fiskepatogene bakteriene Aliivibrio salmonicida og Moritella viscosa som gir opphav til hhv. kaldtvannsvibriose og vintersår hos laks og torsk. I Norge skaper dette problemer for oppdrettsnæringen og disse bakterienes mekanismer forskes det mye på. I Gurung sitt arbeid er reaksjonsveiene for produksjon av sialinsyrene kartlagt og enkeltenzymer i reaksjonsveiene er karakterisert med hensyn på funksjon og mekanisme. Hun har klonet og fremstilt tre enzymer ved hjelp av molekylærbiologisk teknologi, og studert hvordan enzymene virker og hvordan de er oppbygd på atomnivå.

Oppdaget spennende egenskaper
Funnene gjort i studiet viser at enzymene fra disse bakteriene katalyserer reaksjoner som er en del forskjellige fra hva som hittil er kjent og gir opphav til andre varianter av sialinsyrer. Blant annet viser det seg at enzymet Aldolase både kan danne sialinsyrer og bryte dem ned. Enzymet har også vist seg å være såkalt kuldetilpasset, dvs at det har høy aktivitet ved lav temperatur, en egenskap som både ivaretar kvalitet på produktet og er strømbesparende i storskala produksjon.

Man Kumari Gurung forteller om sin forskning under Forsker Grand Prix 2013

Innledet avtale med Europeisk bedrift
I tillegg å kunne benyttes i morsmelkerstatning har sialinsyrer også kommersiell anvendelse innen legemidler og kosmetikk.  Studiene i dette arbeidet viser at det kan være mulig å bruke enzymene til kommersiell produksjon av mange typer sukkerderivater, og det er pr i dag innledet samarbeid med en Europeisk bedrift for mulig kommersiell anvendelse.

 Fra Nepal til Norge
Man Kumari Gurung har en mastergrad i Farmasi fra Pokhara University, Nepal, hvor hun også arbeidet som universitetslektor etter mastergraden. Doktorgradsarbeidet har vært utført ved Institutt for kjemi med Arne Smalås som veileder. Prosjektet hadde finansiering fra UiT og NFR gjennom prosjektet “Marzymes” som har som mål å utvikle biokatalysatorer for kommersiell anvendelse (industrielle enzymer). Hun forsvarte sin avhandling 28. mai, tittel på oppgaven hennes var: “Enzymes involved in the metabolism of sialic acid from psychrophilic bacteria”.