Proteiners struktur kan beräknas
Bioinformatik och beräkningskemi är tvärvetenskaper som uppstått ur biologernas och medicinarnas ökade intresse för matematik och datorsimuleringar. Erik Lindahl är en av pionjärerna inom dessa nya områden och han beräknar strukturer för membranbundna proteiner.
Erik Lindahl föddes bokstavligen in i vetenskapens värld – hans föräldrar är läkare och var på den tiden forskare vid Pasteurinstitutet i Frankrike.
– I mitt fall kan man nästan tro att forskning är ärftligt.
När Erik blev äldre och det blev dags att välja studieinriktning stod han i valet och kvalet mellan fysik och medicin, men ett stort intresse och fallenhet för datorer avgjorde saken. Efter avslutade fysikstudier vid Lunds universitet flyttade Erik till Stockholm för att doktorera på Kungliga Tekniska högskolan. Som doktorand använde Erik datorer för att beräkna strukturen hos olika membran – ett membran fungerar som en skiljevägg mellan olika områden. Cellmembranet, till exempel, avgränsar cellens inre miljö från omgivningen.
– Jag fick skriva nya datorprogram, eftersom de beräkningsmetoder som behövdes inte fanns på den tiden.
Som postdoktor – först i Groningen, Holland, därefter på Stanford University i USA och slutligen vid Pasteurinstitutet i Frankrike, arbetade Erik med datorbaserad modellering av proteiner. Proteiner är verktyg som utför de flesta funktioner i kroppen, till exempel transport av syre i blodet. Den forskning Erik bedriver idag är en kombination av hans tidigare arbetsområden, fortfarande med datorn som verktyg.
– Jag arbetar med proteiner som finns i cellmembran. Jag försöker bland annat förklara varför de finns i membranet och inte i andra delar av cellen.
Därför är proteinet i membranet svårbestämt
Den vanligaste metoden för att bestämma stukturen hos proteiner är så kallad röntgenkristallografi, som bygger på att proteiner kan ordna sig i kristaller. De proteiner som sitter i cellens membran är dock svåra att kristallisera och därför har Erik tillsammans med sin forskargrupp utvecklat en ny metod – de försöker beräkna proteinstrukturer med hjälp av datorer.
– Nu kan vi faktiskt förutsäga om ett protein är membranbundet eller inte genom att studera alla atomer i proteinet och räkna ut exakt hur mycket energi som krävs eller frigörs för att proteinet ska inordna sig i membranet.
Membranproteiner förmedlar många signaler i kroppen och när de inte fungerar kan sjukdomar uppstå. Därför kan membranproteiner vara mål för olika läkemedel – men för att en molekyl ska utvecklas till en medicin måste den först och främst binda till målproteinet på ett bra sätt.
– Vi kan testa molekyler för att se om och hur de binder till olika membranproteiner.
Det utmärkande för den här typen av tillämpning är storskaligheten och hastigheten eftersom de minskar kraven på säkra resultat.
– Arbetet bygger på sannolikhet och våra förutsägelser behöver inte vara perfekta. Vi kan under kort tid göra många tester med målet att hitta någon bra molekyl.
Av miljoner molekyler som testas i datorprogram, går kanske tusen vidare till experiment i laboratorier. I slutändan kan det visa sig att tio molekyler i verkligheten binder till membranproteinet.
– Det är för dyrt att testa miljoner molekyler för att i slutändan endast ha tio läkemedelskandidater, men att testa tusen molekyler och få samma resultat är ekonomsikt försvarbart.
Datorsimulering av spänningssensorn i jonkanaler. Detta är en av de underligaste delarna i membranproteiner och den borde egentligen inte kunna sitta i ett membran på grund av stora laddningar, men den är kritisk både för våra hjärtslag och för nervimpulser. Eriks grupp har nyligen visat hur proteinets struktur ändras med spänningen över cellmembranet.
De beräkningar som är grunden till Eriks forskning kräver mycket datakraft och i stället för att förlita sig på superdatorer har Erik tillsammans med forskare i USA utvecklat ett program som datoranvändare kan ladda ner från internet (http://www.cbr.su.se). Programmet startar när skärmsläckaren sätts igång och under tiden som datorn inte används, utför programmet beräkningar och resultaten skickas till en speciell server. I samma stund som datormusen vidrörs eller en tangent trycks ner stoppas programmet – det påverkar alltså inte den övriga aktiviteten på datorn.
Vin, värme och vandring
Vistelsen i USA har inte bara resulterat i forskningserfarenhet och ett brett kontaktnät – där fick Erik också upp ögonen för livet i ett varmt klimat.
– Nu älskar jag verkligen sol och värme, det lärde jag mig i Kalifornien.
Att vandra i länderna runt medelhavet, särskilt i Grekland, är ett sätt som Erik stillar sin hunger efter solen på, men som småbarnsförälder har han lagt det intresset på is ett tag. Erik och hans fru Camilla har tre barn – Andrea heter äldsta dottern som är sex år, Markus och Maria är tvillingar och har fyllt tre år.
– Våra andra intressen är vinprovning och att umgås med barnen såklart.
Erik berättar att familjen gärna och ofta åker till Västervik där Eriks svärföräldrar har ett lantställe. Det som möjliggör detta är att Erik kan arbeta var som helst och när som helst. Det är en av fördelarna med datorer tycker Erik och det håller motivationen uppe för ett arbete som kräver mycket tid.
– Jag jobbar många timmar, men det känns inte som det, eftersom jag inte alltid sitter på kontoret. Dessutom är det roligt – för mig är forskningen nästan en lek.
Även om Erik har en lättsam attityd, har hans drivkraft också en allvarlig sida. Med en ökad förståelse kan bättre läkemedel utvecklas och det kan förändra livet för många människor.
Text: Elisabet Vikeved