Jerry Ståhlberg är biokemist, docent i molekylärbiologi och forskare vid Institutionen för molekylära vetenskaper, SLU. Mitt främsta intresse är samband mellan struktur och funktion hos proteiner, och hur de kan komma mänskligheten till nytta. Alltsedan doktorandtiden har jag bedrivit forskning med anknytning till bioenergi. Huvuddelen av tidigare, liksom pågående forskning, handlar om struktur och funktion hos enzymer från svampar och bakterier som bryter ned trä och annat växtmaterial. Forskningen relaterar till deras användning i biotekniska tillämpningar, såsom produktion av biobränslen från lignocellulosa.
Inom grundutbildningen så har jag hand om huvuddelen av undervisningen i biokemi på kurserna Grundläggande kemi I (KE0062, 15 hp) och Grundläggande kemi II (KE0063, 7.5 hp), och föreläser om proteinstruktur på Biokemi fortsättning (KE0073, 7.5hp) och om kolhydrater på Livsmedelskemi och livsmedelsfysik (LV0110, 15 hp).
På doktorandnivå har jag planerat och genomfört kurserna “Processing biomass for biofuels and chemicals” (PNS0140, 3hp), “Protein structure hands-on workshop” (PNS0145, 2 hp) och “Protein crystallization and X-ray data collection” (PNS0158, 3 hp).
Jag föreläser också då och då på olika doktorand- och masterkurser, inom och utom SLU, om t.ex. proteinstruktur, vednedbrytande svampar, industriella enzymer, och processning av växtmaterial till biodrivmedel.
Grundforskning om struktur hos proteiner med röntgenkristallografi spelar en central roll och vi har genom åren deponerat över hundra proteinstrukturer i Protein Data Bank (PDB). Ett fokusområde är kolhydrataktiva enzymer där vi har kartlagt funktionen på molekylär nivå hos nyckelenzymer från svampar och bakterier som bryter ned cellulosa och andra polysackarider. Resultaten banar väg för effektivare enzymer genom ”protein engineering” och ”genome mining” och industriella processer för produktion av biobränslen.
Just nu är följande projekt och frågeställningar aktuella:
GH7-cellulaser – Hur lika och olika är de?
Svampar står för huvuddelen av omsättning av växtbiomassa i naturen. De enzymer som dominerar och gör huvuddelen av nedbrytning av cellulosa hör till glykosidhydrolas-familj GH7. Det är också de enzymer som finns i störst mängd i industriella cellulas-blandningar. Vi har kartlagt och vet idag ganska väl hur svamparnas GH7-enzymer ser ut och fungerar. Men GH7-cellulaser används av vitt skilda organismer (t.ex. kräftdjur, oomyceter, dinoflagellater). Vi har tidigare bestämt struktur och funktion hos besläktade enzymer från sociala amöbor (Dictyostelium sp). Nu utreder vi hur GH7-cellulaser ser ut hos bl.a. symbiotiska protozoer (Parabasalier) som lever i magen på termiter, och som termiterna är beroende av för att kunna äta trä.
Expansin-loosenin-GH45 – Katalytiska mekanismer
Alla växter är beroende av expansiner för att kunna växa. Dessa enzymer hjälper på något sätt till att mjuka upp cellulosa-cellväggen så att en växtcell kan expandera efter celldelningen. Men vad de gör på molekylär nivå är inte klarlagt. Det vill vi ta reda på. Som modeller används besläktade proteiner som har lika struktur och katalytiskt center som expansiner, s.k. looseniner hos svampar som verkar kunna mjuka upp cellväggar utan att klyva polysackariderna, och glykosidhydrolaser i familj GH45 som kan klyva glykosidbindningar. Deras interaktioner med kolhydrater analyseras i detalj med NMR.
Transaminaser – Mekanismer för aminering av kolhydrater
Samarbete med Doc Mats Sandgren, SLU, Alto Universitet, Finland, och Toronto University, Canada. Vissa transaminaser kan användas för att sätta på aminogrupper på kolhydrater som i sin tur fungerar som handtag för kemisk modifiering och olika typer av funktionalisering. Vår roll är att bestämma strukturen av transaminaser i närvaro av olika kolhydrater för att se hur de binds och vad som bestämmer enzymernas substratspecificitet och därmed bana väg för rationell design av förbättrade enzymvarianter.
Metacaspaser – Struktur, aktiverings- och regleringsmekansimer
Metacaspaser är en mångsidig familj av cystein-proteaser och evolutionära föregångare till de välstuderade caspaserna inom djurriket. Metacaspaser spänner över alla organismriken och forskning pekar mot nyckelroller i reglering av celldifferentiering, livslängd och celldöd. Men, hur metacaspaser fungerar, aktiveras och regleras på molekylär nivå är i stort sett okänt vilket begränsar förståelsen av metacaspas-reglerade processer och potentiella applikationer inom bioteknik och medicin. De frågorna adresseras i ett femårigt KAW-finansierat forskningsprogram, där vi ansvarar för expression och rening av metacaspas-enzymer, biokemiska analyser, kristallisation och strukturstudier. Programmet involverar fem forskargrupper vid SLU och Umeå Universitet, och koordineras av Prof Peter Bozhkov, Molekylära vetenskaper, SLU.
Jerry Ståhlberg vikarierar f.n. på del av uppdraget som samverkanslektor inom Mikrobiella konverteringsprocesser för produktion av biobränsle, med uppdrag att utveckla samverkan mot biologiska omvandlingsprocesser som leder till andra biodrivmedel än biogas. Jag är också medlem i styrgruppen för två forskarskolor vid SLU, ”Focus on Food and Biomaterials” och ”Sustainable Biomass Systems”.
Jag kommer ursprungligen från Värmland och kom till Uppsala på 1980-talet för att studera Biologi vid Uppsala Universitet där jag sedan doktorerade i Biokemi hos Doc Göran Pettersson. Därefter blev jag rekryterad till Prof Alwyn Jones’ forskargrupp i strukturbiologi vid Institutionen för molekylärbiologi, UU. Där lärde jag mig att kristallisera proteiner och studera deras tredimensionella struktur med röntgenkristallografi, som sedan dess varit centralt i min forskning. Jag blev docent i molekylärbiologi 1998, började samma år vid SLU (Inst molekylärbiologi), fick egna forskningsanslag och första doktoranden som huvudhandledare. Sedan dess har jag arbetat som forskare, handledare och lärare vid SLU. Jag var också gästforskare på 20% under fyra år (nov 2009-okt 2013) vid Norwegian University of Life Sciences, Ås, Norge, inom enzymatisk nedbrytning av lignocellulosa. 2013 flyttade vi (Inst molekylärbiologi, SLU) från Uppsala biomedicinskt centrum (BMC) till SLU-Biocenter vid Ultuna, och gick först samman med kemi och därefter mikrobiologi och livsmedel och bildade 2017 den nuvarande Institutionen för molekylära vetenskaper.
Huvudhandledare för 5 disputerade (Ines Muñoz, 2002; Jonas Vasur, 2009; Miao Wu, 2013; Majid Haddad Momeni, 2014; Anna Borisova, 2017) och 2 pågående doktorander (Topi Haataja; Laura Okmane). Biträdande handledare för 12 disputerade doktorander. Har varit handledare och examinator för ett tjugotal exjobb på kandidat- och master-nivå.
Bibliometrisk sammanfattning:
77 artiklar i referee-granskade tidskrifter (1988-2021); 8444 citeringar;
h-index 43; i10-index 75 (Google Scholar citation metrics 20211213)
Okmane L, Nestor G, Jakobsson E, Xu B, Igarashi K, Sandgren M, Kleywegt GJ, Ståhlberg J (2021) Glucomannan and beta-glucan degradation by Mytilus edulis Cel45A: Crystal structure and activity comparison with GH45 subfamily A, B and C. Carbohydrate Polymers 277, 118771.
Gado JE, Harrison BE, Sandgren M, Ståhlberg J, Beckham GT, Payne CM (2021) Machine learning reveals sequence-function relationships in family 7 glycoside hydrolases. J Biol Chem 297, 100931.
Levenfors JJ, Nord C, Bjerketorp J, Ståhlberg J, Larsson R, Guss B, Öberg B, Broberg A (2020) Antibacterial pyrrolidinyl and piperidinyl substituted 2,4-diacetylphloroglucinols from Pseudomonas protegens UP46. J Antibiot (Tokyo) 73, 739-747.
Bharadwaj VS, Knott BC, Ståhlberg J, Beckham GT, Crowley MF (2020) The hydrolysis mechanism of a GH45 cellulase and its potential relation to lytic transglycosylase and expansin function. J Biol Chem 295, 4477-4487.
Minina EA, Staal J, Alvarez VE, Berges JA, Berman-Frank I, Beyaert R, Bidle KD, Bornancin F, Casanova M, Cazzulo JJ, Choi CJ, Coll NS, Dixit VM, Dolinar M, Fasel N, Funk C, Gallois P, Gevaert K, Gutierrez-Beltran E, Hailfinger S, Klemenčič M, Koonin EV, Krappmann D, Linusson A, Machado MFM, Madeo F, Megeney LA, Moschou PN, Mottram JC, Nyström T, Osiewacz HD, Overall CM, Pandey KC, Ruland J, Salvesen GS, Shi Y, Smertenko A, Stael S, Ståhlberg J, Suárez MF, Thome M, Tuominen H, Van Breusegem F, van der Hoorn RAL, Vardi A, Zhivotovsky B, Lam E, Bozhkov PV (2020) Classification and Nomenclature of Metacaspases and Paracaspases: No More Confusion with Caspases. Mol Cell 77, 927-929.
Vermaas JV, Kont R, Beckham GT, Crowley MF, Gudmundsson M, Sandgren M, Ståhlberg J, Väljamäe P, Knott BC (2019) The dissociation mechanism of processive cellulases. Proc Natl Acad Sci USA 116,23061-23067.
Hamark C, Pendrill R, Landström J, Dotson Fagerström A, Sandgren M, Ståhlberg J, Widmalm G (2018) Enantioselective Binding of Propranolol and Analogues Thereof to Cellobiohydrolase Cel7A. Chem Eur J 24, 17975-17985.
Liu B, Krishnaswamyreddy S, Muraleedharan MN, Olson Å, Broberg A, Ståhlberg J, Sandgren M (2018) Side-by-side biochemical comparison of two lytic polysaccharide monooxygenases from the white-rot fungus Heterobasidion irregulare on their activity against crystalline cellulose and glucomannan. PLoS One 13, e0203430.
Burgin T, Ståhlberg J, Mayes HB (2018) Advantages of a Distant Cellulase Catalytic Base. J Biol Chem 293, 4680-4687.
Borisova AS, Eneyskaya EV, Jana S, Badino SF, Kari J, Amore A, Karlsson M, Hansson H, Sandgren M, Himmel ME, Westh P, Payne CM, Kulminskaya AA, Ståhlberg J (2018) Correlation of structure, function and protein dynamics in GH7 cellobiohydrolases from Trichoderma atroviride, T. reesei and T. harzianum. Biotechnology for Biofuels 11, 5.
Goedegebuur F, Dankmeyer L, Gualfetti P, Karkehabadi S, Hansson H, Jana S, Huynh V, Kelemen BR, Kruithof P, Larenas EA, Teunissen PJM, Ståhlberg J, Payne CM, Mitchinson C, Sandgren M (2017) Improving the thermal stability of cellobiohydrolase Cel7A from Hypocrea jecorina by directed evolution. J Biol Chem 292, 17418-17430.
Chylenski P, Forsberg Z, Ståhlberg J, Várnai A, Lersch M, Bengtsson O, Sæbø S, Horn SJ, Eijsink VG (2017) Development of minimal enzyme cocktails for hydrolysis of sulfite-pulped lignocellulosic biomass. J Biotechnol 246, 16-23.
Mayes HB, Knott BC, Crowley MF, Broadbelt LJ, Ståhlberg J, Beckham GT (2016) Who's on base? Revealing the catalytic mechanism of inverting family 6 glycoside hydrolases. Chemical Science 7, 5955-5968.
Hobdey SE, Knott BC, Haddad Momeni M, Taylor II LE, Borisova AS, Podkaminer KK, VanderWall TA, Himmel ME, Decker SR, Beckham GT, Ståhlberg J (2016) Biochemical and structural characterization of two Dictyostelium cellobiohydrolases from the Amoebozoa kingdom reveal a high conservation between distant phylogenetic trees of life. Appl Environ Microbiol 82, 3395-3409.
Borisova AS, Eneyskaya EV, Bobrov KS, Jana S, Logachev A, Polev DE, Lapidus AL, Ibatullin FM, Saleem U, Sandgren M, Payne CM, Kulminskaya AA, Ståhlberg J (2015) Sequencing, biochemical characterization, crystal structure and molecular dynamics of cellobiohydrolase Cel7A from Geotrichum candidum 3C. FEBS J 282, 4515-4537.
Haddad Momeni M, Ubhayasekera W, Sandgren M, Ståhlberg J, Hansson H (2015) Structural insights into the inhibition of Cellobiohydrolase Cel7A by xylooligosaccharides. FEBS J 282, 2167-2177.
Payne CM, Knott BC, Mayes HB, Hansson H, Himmel ME, Sandgren M, Ståhlberg J, Beckham GT (2015) Fungal cellulases. Chemical Reviews 115, 1308-1448.