Man talar ibland om att forskning är som att lägga pussel. Ett av dessa gigantiska forskningspussel är kroppens proteiner – närmare 90 000 pusselbitar att hålla reda på. LUM träffar tre proteinprofessorer för att bena ut varför de är så entusiastiska över proteinerna och hur de arbetar för att få ordning på proteiner som krånglar i kroppen.

Ska man värdera ett forskningsfält utifrån antalet tilldelade Nobelpris så ligger proteinforskningen bra till. 2017 delades till exempel medicinpriset ut för en upptäckt där man identifierat genen till ett protein som anrikades under natten, men som bröts ned till låga nivåer under dagen. Från det kunde forskarna beskriva ett självreglerande urverk i våra celler, som en klocka. Året därpå delades samma pris ut till en forskare som studerade ett protein som fungerar som en broms i immunsystemet. En kunskap som innebar att forskaren insåg möjligheten att släppa på bromsen, vilket aktiverade immunsystemet till att angripa tumörceller.

Faktum är att proteinerna utför nästan allt i cellerna.

– De är helt centrala för alla levande organismer, en perfekt kombination av form och funktion. Evolutionen har haft flera miljarder år på sig för att se till att just ett specifikt protein kan sätta i gång just de saker som behövs vid rätt tillfälle, säger Derek Logan, professor i molekylär biofysik.

Kan orsaka sjukdomar

Proteinerna må vara fantastiska på det de gör, men de kan också ställa till det och orsaka sjukdomar. Det kan bero på mutationer i generna som uttrycker proteiner. Det kan också handla om att proteinet gör vad det ska – men för mycket av det. Som vid inflammatoriska sjukdomar.

– Blir det exempelvis för mycket inflammation i en tumör så kan det leda till att den växer mer. En mutation som påverkar en enda aminosyra kan orsaka en allvarlig sjukdom, förklarar Ulf Nilsson, professor i kemi.

Med tanke på att människan i runda slängar har 21 000 gener som tillsammans kan uttrycka fler än 90 000 olika proteinvarianter så förstår man att det är ett stort pussel att lägga.

Enklare att kartlägga proteinerna idag

Som tur är har dagens verktyg för att förstå proteinpusslet tagit stora kliv framåt. Det finns teknologi som med extremt hög upplösning gör det möjligt att kartlägga strukturerna på kroppens proteiner. Med hjälp av moderna instrument som MAX IV och elektronmikroskop kan forskare få se hur proteinet ser ut med tiondels nanometerprecision.

– Det är smått. Från strukturen kan vi förstå hur ett protein fungerar. Jag kan ha trott att proteinet gör en viss sak och så ser vi att proteinet i stället kopplar ihop sig med andra proteiner och därmed bildar en ny struktur, konstaterar Karin Lindkvist, professor i cellbiologi med inriktning mot medicinsk strukturbiologi.

För inte så länge sedan var det betydligt krångligare.

– När jag var doktorand samlade jag data på 12 timmar som jag idag kan samla in på 15 sekunder. Så utvecklingen går snabbt, säger Karin Lindkvist.

Många är de forskare som inspirerats av lundaprofessorn och nestorn Anders Liljas som i början av 1970-talet bestämde strukturen på världens snabbaste enzym, karbanhydras.

– På den tiden hade han ett gigantiskt rum med en stege han använde för att sätta på en atom här och där på sina modeller. Det som lockade mig till forskningsfältet var hur visuellt proteiners struktur är, berättar Karin Lindkvist.

Idag kan detta göras direkt i en vanlig, bärbar dator.

Om Karin Lindkvist och Derek Logan föll delvis för det estetiska med proteinernas struktur, så lockades Ulf Nilsson av möjligheten att med proteinforskningen kunna påverka biologin.

Effektivare läkemedel

– Jag har velat störa dem eller stimulera dem. Jag ville pilla på dem. Ett sätt att påverka processer i kroppen är genom att tillverka molekyler. När man lyckas bestämma strukturen på ett protein, sett den i 3D kan man göra mer välgrundade gissningar för hur man med kemi eller molekyler ska kunna påverka proteinet. Det är just vad läkemedel gör, säger Ulf Nilsson.

Kunskapen om proteiners struktur har betydelse inte minst då det kan leda till mer effektiva läkemedelsbehandlingar. Man talar om målproteiner, alltså proteiner mot vilka man kan rikta in sin behandling mot sjukdomar, ofta med hjälp av små konstgjorda molekyler som hämmar deras funktion. Ulf Nilsson har just nu sådana molekyler i fyra olika kliniska studier och som spänner från inflammatoriska processer i kroppen, till cancer.

– Sedan sekelskiftet har läkemedelsutvecklingen ändrats. På 1900-talet tittade man ofta på sjukdomen i djur. Idag tittar både vi och läkemedelsbolagen mer på proteiner och deras struktur och utgår i stort från proteinerna, vad som är bra eller fel i ett visst protein. Förhoppningen är att kunna hitta sätt att bota sjukdomar med nya, eller förbättrade, behandlingar, säger Ulf Nilsson.

Av: TOVE SMEDS

Artikeln är tidigare publicerad i LUM, Lunds universitets magasin, nr2/2023