Proteiner på mål

Matematiske modeller kan simulere næsten alt. I dag kan man kun beregne små proteinstrukturer, men med udviklingen af nye modeller kan man måske blive i stand til at beregne alle proteiner i det menneskelige genom.

Af Eline Mørch Jensen

Thomas Hamelryck arbejder med proteinstruktur. Han er uddannet bioingeniør fra Belgien, har henholdsvis en ph.d. og en postdoc, netop inden for proteinstruktur, og har siden 2004 været ansat som lektor og forsker på Bioinformatik Centret på Københavns Universitets Biocenter.

Thomas Hamelryck

Undervejs er Thomas Hamelrycks forskningsfokus gået stadig mere i retning af modellering frem for det rent eksperimentelle og det er da også netop med henblik på udvikling af matematiske modeller til måling af proteiner han deltager i forskningsprojektet ”Dynamiske systemer: matematisk modellering og statistiske metoder i social-, sundheds- og naturvidenskab”.

- Det fantastiske er jo at man kan simulere næsten alt! Ikke at man helt kan undvære eksperimenterne, det vil man selvfølgelig aldrig kunne, men kombinationen af de to ting, det eksperimentelle og modellerne, kan føre os langt videre end der hvor vi står i dag, siger Thomas Hamelryck.

- Vores kroppe er fulde af proteiner, som igen indeholder 20 forskellige aminosyrer. Proteinerne er ansvarlige for vores immunforsvar, for vores fordøjelse for eksempel, ja for alt muligt faktisk, lige som næsten al medicin interagerer med proteiner. Så det er et stort, fascinerende og uhyre vigtigt forskningsområde, det her.

- Det er nemt nok at måle proteinsekvenser, det vil sige proteinernes sammensætning og rækkefølge, men vi vil også gerne vide hvordan deres struktur ser ud i 3 D. Vi vil gerne blive bedre til at beregne og kunne forudsige proteinstrukturer, som er fleksible og bevæger sig, og dermed opnå en dybere indsigt. Og her kommer man altså uendelig meget længere med matematiske modeller, for ikke at tale om hvor meget tid og hvor mange penge man kan spare ved modellering.

Hvad vil en dybere forståelse konkret kunne bidrage til?

- For eksempel hvis vi tager sådan noget som proteiner i bakterier … Med en dybere forståelse af hvordan proteinerne ser ud, og også af hvordan de interagerer, kan man gå ind og blokere for at bakterier eller vira hægter sig på en menneskelig celle eller udvikler sig og på den måde forhindre sygdomme i at opstå eller sprede og udvikle sig, som det eksempelvis er sket i tilfældet med HIV-virus, forklarer Thomas Hamelryck.

Han tilføjer at netop HIV er et godt eksempel på en virus, som man med årene er blevet meget bedre til at håndtere, sådan at langt flere opnår at leve stadig bedre og længere, fordi man på grund af en dybere forståelse af proteinstrukturer, er blevet i stand til at udsætte og dæmpe sygdomsudviklingen.

- I dag kan vi kun beregne små proteinstrukturer, men med matematiske modeller vil vi kunne måle langt større strukturer - i menneskekroppen såvel som i alt andet levende for den sags skyld, selvom der altså stadig kun er tale om de samme grundlæggende 20 aminosyrer, som så kan kombineres i et næsten uendeligt antal.

- Som forsker vil jeg gerne finde en løsning, en dybere løsning, hvor vi virkelig forstår hvordan proteinerne ser ud og kan forudsige hvordan de forskellige strukturer udvikler sig og interagerer. En dag kan vi måske ligefrem komme dertil, at vi bliver i stand til at beregne alle proteiner i det menneskelige genom.

Er det et realistisk scenario, tror du?

- Helt sikkert. Det er den retning, udviklingen er på vej i, så det er kun et spørgsmål om tid. I forskningsprojektet ”Dynamiske systemer” gælder det dels om at videreudvikle en allerede eksisterende model, dels om at udvikle en helt ny matematisk model.

Thomas Hamelryck tilføjer i øvrigt at interesserede kan gå ind på www.phaistos.org og studere det endnu ikke færdigudviklede simuleringsprogram, som er blevet til i et samarbejde med engelske statistikere, med henblik på at beregne proteiner og foretage eksperimentelle målinger.

Hvordan kan simuleringerne ellers hjælpe os?

- Som sagt ikke mindst inden for sygdomsbekæmpelse og udviklingen af ny og bedre medicin, men også til sådan noget som design af kunstige proteiner. Eksempelvis i vaskepulver, hvor man er kommet langt med udvikling af kunstige proteiner der fjerner og opløser fedt og pletter. Danske Novozymes er faktisk de største i verden inden for enzym-produktion, og enzymer er jo netop proteiner som katalyserer kemiske processer, forklarer Thomas Hamelryck.

Design af nye proteiner – hvad er der galt med dem vi har?

- Takket være udviklingen af stadig bedre og mere avancerede modeller vil vi fremover blive stadig dygtigere til at designe nye, kunstige proteiner, for eksempel nye former for plastic. Det er skam allerede i fuld gang! Man er blandt andet i færd med at udvikle tråde af samme – eller rettere: lignende – type som dem edderkopper spinder i deres net, med henblik på at fremstille stof til tøjproduktion.

- Klassiske kemiske processer er jo desværre ensbetydende med høje temperaturer, hvilket vil sige et højt CO2-forbrug. Protein-kemi betyder derimod brug af lave temperaturer, hvorfor vi også kalder det for grøn kemi. Både klima-aspektet og den høje grad af bæredygtighed i form af sparede CO2-udledninger gør, at protein-kemien vil blive det helt store i fremtiden, når det kommer til udvikling af nye materialer såvel som af ny medicin, mener Thomas Hamelryck og tilføjer:

- Den grønne kemi kan ganske enkelt betale sig på alle måde fordi den er skånsom i forhold til naturen og miljøet, hvilket for mig naturligvis er en ekstra motiverende dimension i forskningen.

Read this interview in English.