Det är en kall, grå novemberdag när vi träffar forskarna från Lunds universitet vid MAX IV, en forskningsanläggning med världens ljusstarkaste och mest fokuserade röntgenstrålar. Hit kommer forskare från hela världen för att undersöka saker på atomnivå och se hur molekyler binder till varandra, något som är värdefullt bland annat när man tar fram nya läkemedel. Experimenten de gör den här förmiddagen ska komma att kartlägga en tidigare olöst struktur hos det mänskliga protein de studerar.
Det som sker på atomnivå har betydelse för vår hälsa. Enzymet som forskargruppen ska undersöka denna novemberdag 2018 är ett protein som ökar eller minskar hastigheten på kemiska reaktioner i våra celler. Proteiner är en av de mest centrala molekylerna för att kroppen ska fungera och forskarna är därför intresserade av att förstå hur de fungerar, hur de ser ut och vad de gör. Lyckas de lösa strukturen av detta specifika protein de studerar är man ett steg närmre att utforma läkemedel som passar in i och styr proteinets funktion.
Anders Malmström, professor i matrixbiologi vid Lunds universitet, har jagat enzymet sedan han var doktorand på 1960-talet. Han berättar att enzymet, med det något krångliga namnet dermatansulfat-epimeras, har betydelse bland annat för hur cancerceller rör sig i kroppen. Det gör att forskarna är intresserade av att undersöka om cancerbehandlingar kan förbättras om man minskar på aktiviteten av enzymet. Skulle det innebära att cancercellerna i så fall rörde sig långsammare i kroppen och skulle det kunna minska spridning av tumörer?
Men innan man kan få reda på det, behöver forskarna lära sig mer om enzymet. Det är därför de nu besöker ett av världens ljusstarkaste mikroskop: MAX IV.
– Det har varit många år av arbete innan vi kommit så här långt. Och vi är väldigt spända på resultaten av experimenten, säger Anders Malmström.
Förhoppningen är att när vi lär oss mer om hur enzymet ser ut och hur det arbetar, så öppnar det upp möjligheter att med hjälp av små specialdesignade molekyler minska enzymets aktivitet.
– Då kan vi kanske få hjälpmedicinering till cancerbehandling och till fibros, ateroskleros, blodlevringssjukdomar och infektioner, där enzymet kan ställa till det, förklarar Anders Malmström.
I början av 2000-talet lyckades forskarna rena fram enzymet, vilket är ett viktigt steg i forskningen. Förenklat kan man säga att det innebär att man tar bort alla andra proteiner och molekyler som skymmer sikten, eller förorenar, enzymet – för att få reda på dess struktur och uppbyggnad mer på molekylnivå. Bilden ovan visar delar av den utrustning som används för att separera enzymet utifrån storlek.
Forskare har extremt höga krav på sanningen och att det vi publicerar i vetenskapliga artiklar ska vara rätt. Därför testar vi på alla tänkbara sätt att stärka eller falsifiera vår hypotes. Det tar tid.
– På labbet kan vi få en liten uppskattning om hur stort enzymet är och vi vet vilken gen i kroppen som bär på receptet för enzymet. Men för att se i detalj behöver vi MAX IV, som är som ett gigantiskt mikroskop där man kan titta på atomnivå, säger Emil Tykesson.
Att bygga kristaller
För att kunna stråla på enzymet på MAX IV behöver forskarna göra kristaller av enzymet. Att utveckla den processen har tagit tid. Faktum är att det inte var helt säkert att det skulle gå att göra, proteiner är inte lika enkla att kristallisera som till exempel mineraler och små molekyler.
Eftersom forskarna känner till vilken gen hos människan som kan producera enzymet, har de i cellodling kunnat tillverka stora volymer av enzymet. Och från dessa förbereds de kristaller som behövs för att forska på MAX IV.
Att tillverka kristallerna tar ungefär tre månader och även om det låter enkelt så är det en av de största utmaningarna för forskarna inför dagens experiment på MAX IV.
– Det är inte alla proteiner som går att kristallisera och de måste också vara så pass stabila att de behåller sin struktur hela vägen från produktion till analys av kristallerna. Vi har nog gått igenom tusen olika förhållanden, där vi ändrat parametrar så som pH och salthalt i vätskan där kristallerna växer fram, berättar Emil Tykesson.
Enzymet måste vara väl organiserat för att forskarna ska kunna se alla atomer och var de sitter.
– Varje enskild proteinmolekyl måste passa ihop med alla närliggande proteinmolekyler och bilda ett stort symmetriskt kristallgitter.
Hur bra kristallerna är märks först på MAX IV då man skjuter med röntgenstrålen på dem. Det visade sig att majoriteten av kristallerna var av så pass låg kvalitet att forskarna inte kunde se tydliga detaljer i enzymets struktur.
– Vi hade dock tur och fick fram ett par kristaller som gav mycket bra data, säger Emil Tykesson.
Efter experimenten som gjordes på MAX IV analyseras all insamlad data. Det i sin tur kan ta veckor eller månader att göra. Och nu, två år efter att experimenten genomfördes, har forskningen publicerats i den vetenskapliga tidskriften Chemical Science.
– Forskare har extremt höga krav på sanningen och att det vi publicerar i vetenskapliga artiklar ska vara rätt. Därför testar vi på alla tänkbara sätt att stärka eller falsifiera vår hypotes. Det tar tid. Men vi vill utesluta alla möjliga felaktigheter. Hade väldigt många forskare fokuserat på just det här enzymet hade det gått snabbare att lösa, men vi är en liten forskargrupp och har ändliga resurser, konstaterar Emil Tykesson.
Efter experimenten som gjordes på MAX IV analyseras all insamlad data. Det i sin tur kan ta veckor eller månader att göra. Och nu, två år efter att experimenten genomfördes, har forskningen publicerats i den vetenskapliga tidskriften Chemical Science.
Nu när forskarna har strukturen på enzymet vill de gå vidare och undersöka om det kan få betydelse vid behandling av gliom, en hjärncancer, där man sett att patienterna har en ökad aktivitet av just detta enzym.
– Genom att öka kunskapen om enzymet med bland annat cellförsök tror vi att vi kan påverka sjukdomar som infektioner, ateroskleros och muskuloskeletala sjukdomar där enzymet är förändrat, säger Anders Malmström.
Text & Foto: TOVE SMEDS
Mer om medicinsk forskning på MAX IV
