Vår storslagna biokemihistoria

Transkript

1 Vår storslagna biokemihistoria Fortbildningsdagar för kemilärare Museum Gustavianum Uppsala den 14 oktober 2016 Jan-Christer Janson Professor Emeritus Institutionen för Kemi Uppsala Biomedicinska Centrum Uppsala Universitet Uppsala 1

2 2

3 3

4 Utdrag ur minnesteckning över The Svedberg av Sven Brohult vid Vetenskapsakademins Högtidssammankomst i mars1981: Theodor (The) Svedberg 1884 Födelseår 1904 Inskriven vid Uppsala Universitet 1905 Fil.kand.-examen 1907 Disputerar (bl.a. om den Brownska rörelsen hos kolloider) 1912 Utnämns till Professor i Fysikalisk kemi 1923 Gästprofessor vid University of Wisconsin, Madison 1926 Nobelpriset i kemi för sina kolloidkemiska arbeten 1949 Föreståndare för Gustaf Werners Institut för Kärnkemi 1971 Avlider 4

5 J. Am. Chem. Soc., 1926, 48 (2), pp

6 6

7 Under perioden genomfördes otaliga försök med nya centrifuger och nya rotorer. Väldigt många av dessa var misslyckade p.g.a. vibrationer, spräckta glasfönster och ofta förekommande rotorexplosioner. Med rotor XXI, kunde man 1939 tillverka en helt tillförlitlig rotor med 65 mm diameter och med centrifugalfält på upp till g. 7

8 The Svedberg och verkmästare Ivar Eriksson. 8

9 Under sin tid vid Karolinska Läroverket i Örebro kom The Svedberg för första gången i kontakt med elektriska utrustningar och han gavs fria tyglar av sina lärare Melander och Adlerz att tillverka bl.a. en Marconisändare och en Tesla omvandlare. Dessa kunskaper skulle visa sig vara mycket nyttiga när han senare inledde sin forskarkarriär vid Uppsala Universitet. 9

10 Pionjärinsatser Foto från 1926 Detta år erhåller Professor The Svedberg (t.v.) Nobelpriset i kemi för sina undersökningar av kolloidala system. Året innan anställdes Arne Tiselius (23) som Svedberg's personlige assistent. År 1924 hade Svedberg, med hjälp av en primitiv ultracentrifug, upptäckt att proteinmolekylerna har väldefinierade molekylvikter. Svedberg gav Tiselius i uppdrag att utveckla elektroforestekniken för separation och karakterisering av proteiner. 10

11 Arne Tiselius: Elektroforesceller från slutet av 1930-talet 11

12 Pionjärinsatser Professor Arne Tiselius sittande vid sin apparat för gränsyteelektrofores i ett av laboratorierna på Institutionen för fysikalisk kemi och biokemi vid Uppsala universitet. T.h. om Tiselius syns kylbadet och i fronten av bilden syns t.h. det elektriska kraftaggregatet. Det var med denna prototyp Tiselius utförde de undersökningar av sammansättningen hos blodserum som skulle bidraga till att han 1948 fick Nobelpriset i kemi. 12

13 Principen för gränsyteelektrofores och användningen av slir-optik för derivering av koncentrationsgradienterna till toppar. a) Blandningen av två komponenter har införts i elektroforescellen. b) Pålagd elektrisk spänning gör att komponenterna delvis separerat. c) Ideala, skarpa koncentrationsgradienter vid avsaknad av diffusion. d) Verkliga, oskarpa koncentrationsgradienter orsakade av diffusion. e) Resultatet av Philpot-Svensson-metoden för registrering av brytningsindexförändring efter ljusstrålens passage genom cellen och slir-optiken. 13

14 LKB historik Forskningslaboratoriet LKB bildades 1941 för vidareutveckling av instrumentidéer från The Svedberg och Arne Tiselius vid Institu-tionerna för fysikalisk kemi och biokemi vid Uppsala Universitet bildas LKB-Produkter Fabriksaktiebolag för produktion av dessa instrument. Initiativtagare var The Svedberg som fick stöd av sin forne elev och beundrare, docenten i fysikalisk kemi Harald Nordenson ( ). Nordenson hade gjort en framgångsrik industrikarriär och var VD för Liljeholmens Stearinfabrik. Han var dessutom ordförande i Stockholms Bryggerier, Stockholms Handelskammare och i Svenska Dagbladet. Medfinansiär var Robert Ljunglöf ( ), VD för Kema-bolagen (Barnängens) och ordförande i Thule, Stora Kopparberg och Stockholms Enskilda Bank. LKB står för Liljeholmens, Kema-bolagen och Bryggerierna. 14

15 LKB Typ 3021 Elektroforesapparat enligt Tiselius-Svensson på plats i den nya Biokemiska Institutionen i Engelska Parken

16 16

17 Dextranepoken Detta år kontaktades Arne Tiselius av Svenska Sockerbolaget med en begäran om hjälp med att undersöka makromolekylerna i saften från sockerbetan. Tiselius gav uppdraget till den unge kemisten Björn Ingelman (23). Ingelman upptäckte att sockerbetsaften innehöll polysackariden dextran och att denna hade bildats som en konsekvens av en oavsiktlig infektion av bakterien Leuconostoc mesenteroides. 17

18 Dextranepoken Björn Ingelman ses här hålla i ett prov av med etanol utfällt rådextran. Nedan syns del av strukturformeln för polysackariden dextran. Graden och typen av förgrening varierar starkt beroende på dextranets ursprung. För dextranet från L. mesenteroides B-512 är förgreningsgraden lägre än 5%. Dextranepoken Anders Grönwall (t.v.) och Björn Ingelman fick detta år idén till att använda dextranlösningar som plasmavolymexpanderare Läkemedelsföretaget Pharmacia, som då låg på Kungsholmen i Stockholm, engagerade sig i projektet och kliniska prövningar kunde påbörjas redan påföljande år. 18

19 Dextranepoken Dextranfabrikation vid AB Sorigona Dotterbolag till Sockerbolaget, lokaliserat i Staffanstorp mellan Malmö och Lund bildades för dextranproduktionen. Driften övertogs senare av Pharmacia. Bilden visar 35 m 3 fermentorer där bakterien Leuconostoc mesenteroides NRRL B-512 producerar dextran med socker som substrat. Det extracellulära enzymet dextransukras omvandlar disackariden sackaros till rådextran (Mw~ ) och fruktos. Rådextranet fälldes ut med etanol och transporterades till Uppsala i stora tunnor av rostfritt stål. 19

20 Nobelpriset i Kemi till Arne Tiselius år 1948 Biokemiska Institutionen klar 1952 Arne Tiselius erhöll 1948 års Nobelpris i kemi för sina arbeten med elektroforetisk analys av blodserum samt för sina banbrytande studier av kromatografiska tekniker. Inom kromatografin introducerade han de grundläggande begreppen elutions-, front- och förträngningskromatografi. Den nya byggnaden för den Biokemiska institutionen var inflyttningsklar

21 21

22 22

23 Sephadex: Historik Detta år framställer Björn Ingelman tvärbundet dextran med hjälp av lågmolekylära bifunktionella reagens såsom epiklorhydrin. Föreställer sig deras användning vid framställning av sylt och marmelad samt vid kontrollerad administration av läkemedel. Ansöker om patent men de industrikontakter han tar är kallsinniga. Drar därför tillbaka patentansökan. Kommer att få anledning att åter lämna in en patentansökan 12 år senare men då för en annan tillämpning. 23

24 Sephadex: Historik Tiselius engagerar Per Flodin och Jerker Porath för att studera kolonnzonelektrofores för proteinseparation. Som antikonvektionsmedium använde de stärkelsepartiklar anställdes Flodin av Ingelman för att förestå dextranlaboratoriet på Pharmacia, som 1950 hade flyttat till Uppsala från Stockholm. Flodin föreslår Porath att pröva partiklar av tvärbundet dextran vid elektroforesförsöken. Porath upptäcker därvid de molekylsiktande egenskaperna hos dessa partiklar. Pharmacia initierar ett produktutvecklingsprojekt

25 På Pharmacia får Per Flodin av Björn Ingelman 1956 höra talas om de försök denne gjort med tvärbindning av dextran 10 år tidigare och inser att detta material borde kunna användas som packningsmaterial i de kolonner för zonelektrofores som Jerker Porath fortsatt att arbeta med på Biokemiska institutionen. Flodin tillverkar geler som han ger till Porath hösten Denne upptäcker att de packade bäddarna har förmåga att separera vattenlösliga molekyler med avseende på deras storlek och rapporterar tillbaka detta till Flodin. Tiselius blir engagerad och övertalar Elis Göth (VD för Pharmacia) att starta ett utvecklingsprojekt för framställning av dextrangeler. Flodin får tillåtelse att använda viss tid för detta under Arbetet är framgångsrikt och två patentansökningar lämnas in 1958: För gelen med Björn Ingelman och Per Flodin som uppfinnare. För metoden med Jerker Porath och Per Flodin som uppfinnare. 25

26 Sephadex: Historik Den första handboken som beskriver den nya produkten för gelfiltrering publicerades i juli Namnet härleddes från: Separation Pharmacia Dextran Termen gelfiltrering föreslogs av Arne Tiselius. 26

27 Uppsala Nya Tidning 20 aug 1959 Dagens Nyheter 20 augusti

28 Svenska Dagbladet 20 aug 1959 Stockholmstidningen 20 aug

29 29

30 30

31 31

32 Ficoll The Flodin Ingelman colloid 32

33 25 årsjubileum för Sephadex år 1984 Björn Ingelman (t.v.) pensionerades 1982 med professors namn. Han avled i december 2000, 83 år gammal. Jerker Porath (mitten) eftertädde Arne Tiselius som professor i biokemi vid Uppsala universitet Vid pensioneringen 1987 tillträdde han en tjänst som prof vid Univ of Arizona, Tucson. Han avled i januari år gammal- Per Flodin (t.h.) var professor i polymerteknologi vid Chalmers Efter pensioneringen var han aktiv i företaget Artimplant i Göteborg. Han avled i oktober 2006, 82 år gammal. 33

34 PEDIGREE OF UPPSALA S SEPARATION SCIENCE Theodor (The) Svedberg ( ) Professor of Physical Chemistry Uppsala University Director of the Gustaf Werner Institut of Nuclear Chemistry Nobel Laurate in Chemistry 1926 (Photo from 1962) Arne Tiselius ( ) Professor of Biochemistry Uppsala University (The Professorship a private donation by Karin and Herbert Jacobsson) Nobel Laurate in Chemistry 1948 (Photo from 1948) Harry Svensson (Rilbe) ( ) Joined Arne Tiselius R&D Director LKB Produkter Bromma, Professor of Physical Chemistry Chalmers University of Technology Stellan Hjertén ( ) Joined Arne Tiselius Professor of Biochemistry Uppsala University Jerker Porath ( ) Joined Arne Tiselius Professor of Biochemistry Uppsala University Succeeded Arne Tiselius Per Flodin ( ) Joined Arne Tiselius Professor of Polymer Technology Chalmers University of Technology Björn Ingelman ( ) Joined Arne Tiselius R&D Director Pharmacia, Uppsala Professor s name 1983 Per-Åke Albertsson ( ) Joined Arne Tiselius Professor of Biochemistry Umeå University Lund University Stellan Hjertén (t.v.) och Harry Svensson (Rilbe) 34

35 Grundläggande produktplattform: Sepharose TM 1967 På förslag av en av Arne Tiselius elever, Stellan Hjertén, introducerade Pharmacia pärlformiga agarospärlor med torrviktshalterna 2%, 4% and 6% (w/v). I motsats till Sephadex är agarosgelerna (Sepharose) makroporösa och avsevärt mer rigida vid jämförbara torrviktshalter. Sepharose blev en utomordentligt viktig produktgrupp för utveckling av jonbytare och medier för hydrofob interaktionskromatografi samt för framställning av produkter för affinitetskromatografi. 35

36 36

37 37

38 Biokemiska separationsmetoder/produkter utvecklade i Uppsala Elektrofores - Gränsyteelektrofores (Tiselius) - Fri zonelektrofores (Hjertén) - Kapillärelektrofores (Hjertén) - Kolonnzonelektrofores (Porath, Flodin) - Agarosgelelektrofores (Hjertén) - Agarossuspensionsgelelektrofores (Hjertén) - Isoelektrisk fokusering (Svensson (Rilbe)) Kromatografiska metoder/produkter utvecklade i Uppsala Elueringskromatografi Förträngningskromatografi Frontalkromatografi Gradienteluering Hydroxyapatitkromatografi Gelfiltrering (dextrangel, polyakrylamidgel, agarosgel) Kopplingsmetoder (CNBr, epoxid, DVS, isonitril) Kromatografikolonner Dipolära jonbytare Lektinadsorbent Tvärbunden agarosgel Hydrofob interaktionskromatografi Immobiliserad metalljonaffinitetskromatografi (IMAC) Tiofil adsorption HPLC på agarosgel 38

39 Övriga biokemiska separationsmetoder utvecklade i Uppsala - Ultracentrifugering (T. Svedberg) - Fördelning i vattenhaltiga två-fas-system (P.-Å. Albertsson) - Självgenererande densitetsgradienter (H. Pertoft) 1999: Foto från 40 års-jubileet av lanseringen av Sephadex 39

40 40