Saken er produsert og finansiert av UiT Norges arktiske universitet - Les mer
Mens databaserte metoder de siste tiårene har vært brukt for å kalkulere kjemiske reaksjoner, har Maarten Beerepoot kommet ett skritt lenger gjennom realistiske beregninger av mekanismer, i store biologiske molekyler.

Bruker selvlysende protein for å bekrefte datamodell

Et selvlysende protein fra en manet forteller forskeren om han bommer totalt på sine databeregninger.

27.11 2016 04:00

Kjemiske forsøk på laben kan være både tidkrevende, dyre og risikofylte. I tillegg har de gjerne en del praktiske begrensninger som ikke finnes i datamodeller.

Maarten Beerepoot har i sin forskning jobbet med teoretiske kjemiforsøk.

Han har utviklet en ny metode som får teoretiske datamodeller til å likne virkelige prosesser i molekyler.

Metoden har han testet ut på et stort protein.

Dette ble gjort ved å se på samsvar mellom simuleringer i datamodellen og faktiske forsøk på laboratoriet.

Nyttig metode

Årsaken til at Beerenpoot utviklet en ny metode, er at de gamle metodene bare fungerer fint på mindre og enklere molekyler, som for eksempel et vannmolekyl.

Men en molekylmodell blir fort veldig kompleks og det blir dermed kostbart å beregne krefter i et stort biologisk molekyl, som et protein er.

Særlig siden modellen også skal beskrive det kjemiske samspillet inne i cellen.

– Virkeligheten er veldig kompleks, sier Beerepoot.

De vanligste metodene for teoretiske kjemiforsøk på større molekyler fremstiller en forenklet virkelighet.

– Vi har forsøkt å finne ut mer om hvordan vi skal skrive inn realistiske omgivelser i de teoretiske forsøkene våre, sier forskeren.


Figuren viser oppbygningen til GFP og hvor i proteinet forskerne kan gjøre endringer for å få det fra å lyse grønt til et fascinerende fargeskift mellom gult eller blått. (Foto: Arnfinn Hykkerud Steindal/UiT)

Som følge av den store kompleksiteten har selv ikke de største datamaskinene regnekraft til å utføre en 100 prosent nøyaktig beskrivelse, forteller han videre.

– Se bare for deg hvor kraftig verktøyet må være om datamaskinen skal beregne hvordan medisiner oppfører seg i kroppene våre eller hvordan forurensning påvirker plante- og dyreliv i naturen. Men med vår metode forsøker vi å komme så nær virkeligheten som mulig, forklarer han.

Men forskerne har ennå ikke verktøy til å kunne modellere hele samspillet av molekyler inne i en hel celle.

– Vår metode kan likevel beskrive enkelte mekanismer inne i et stort protein. Vi har brukt et velkjent protein i forskningsverden for å teste om beregningene våre holder vann, sier han.

Tester med selvlysende protein

Proteinet forskeren bruker, blir produsert på laboratoriet.

Green fluorescence protein (GFP) kommer opprinnelig fra maneter som lyser i mørket på dyphavet.

Dette selvlysende proteinet har blitt mye brukt for å fargelegge prosessene i kroppens celler.

– Vi har altså brukt et godt synlig protein for å se om våre teoretiske beregninger lar seg bekrefte med eksperimenter på laboratoriet, forteller han.

GFP brukes i medisinsk forskning blant annet fordi den kraftige selvlysende fargen gjør at stoffer som har fått en GFP-lapp på seg, er lette å lokalisere inne i cellene. I et mikroskop kan forskerne følge med om for eksempel medisin når frem til riktig sted i syke celler.

Beerepoot brukte GFP fordi proteinet er såpass stort og kompleks at det ville utfordre metoden hans.

I et protein er atomers plassering underlagt et sett med fysiske lover, som benyttes i datamodellen for å estimere hvordan endringene arter seg.

Dersom forskeren bytter ut én aminosyre, byggesteinen i proteinet, vil en god modell kunne beregne konsekvensene av endringene i hele molekylet.

Ved å endre den genetiske koden på en bestemt måte skifter han det opprinnelig grønne proteinet til å lyse gult eller blått.

Dette byttet gjør at hele eller deler av proteinet endrer form til et blått molekyl, slik at det nå lyser blått og ikke grønt.


Maarten Beerepoot er fra Wageningen i Nederland og har i tillegg til sin kjemiutdanning, en Master of Arts ved Universitetet i Leiden i Nederland. (Foto: Vibeke Os/UiT)

I datamodellen av GFP-proteinet har Beerepoot forsøkt å få til de samme endringene. Lyser det blått, bekrefter det at modellen fungerer. Og dermed kan datamodellens teoretiske oppskrift brukes praktisk i andre sammenhenger i laboratoriet.

Godt samsvar mellom teori og praksis

Ifølge Beerepoot har de klart å få godt samsvar mellom databeregningene og de eksperimentelle forsøkene, noe som igjen er et steg videre i prosessen med å utarbeide mer realistiske teoretiske beregninger.

De fleste biologiske reaksjoner påvirkes på en aller annen måte av det miljøet de befinner seg i, for eksempel det salte havet, den sure magesekken, den oksygenfattige myren eller i en fettholdig membran i cellene.

– Vi jobber med å utvikle modeller som skal beskrive virkeligheten så nøyaktig som mulig, og må hele tiden overveie kompleksitet og datakraft mot grad av nøyaktighet, avslutter Beerepoot.

Referanse:

Maarten Beerepoot. Calculating molecular properties in realistic environments. Doktorgradsavhandling ved Universitetet i Tromsø. 2016. Sammendrag.

(Oppdatert: 30. november 2016, kl. 09:15)

forskning.no ønsker en åpen og saklig debatt. Vi forbeholder oss retten til å fjerne innlegg. Du må bruke ditt fulle navn. Vis regler

Regler for leserkommentarer på forskning.no:

  1. Diskuter sak, ikke person. Det er ikke tillatt å trakassere navngitte personer eller andre debattanter.
  2. Rasistiske og andre diskriminerende innlegg vil bli fjernet.
  3. Vi anbefaler at du skriver kort.
  4. forskning.no har redaktøraransvar for alt som publiseres, men den enkelte kommentator er også personlig ansvarlig for innholdet i innlegget.
  5. Publisering av opphavsrettsbeskyttet materiale er ikke tillatt. Du kan sitere korte utdrag av andre tekster eller artikler, men husk kildehenvisning.
  6. Alle innlegg blir kontrollert etter at de er lagt inn.
  7. Du kan selv melde inn innlegg som du mener er upassende.
  8. Du må bruke fullt navn. Anonyme innlegg vil bli slettet.

Saker fra våre eiere

Sykehuset Innlandet HF

Mennesker med psykiske lidelser og rusproblemer får bedre livskvalitet og bedre helse når de får hjelp fra et behandlingsteam.

NTNU

Enkelte med diabetes merker knapt at blodsukkeret blir lavt. Det er uheldig om de for eksempel kjører bil. Nå vet vi mer om hvorfor.

NIBIO

– Dette viser at vi er nødt til å ta godt vare på den skogen vi har, påpeker forsker. 

Saker fra våre eiere

Østlandsforskning

EU vil at alle elever i Europa skal gjennomføre et praktisk entreprenørskapsprosjekt i løpet av grunnopplæringen. Slik har det funket til nå.

Oslo universitetssykehus

Forskere ved Oslo Universitetssykehus vil automatisere jobben som gjøres av legespesialister i dag. – Flere pasienter vil få mer treffsikker behandling, mener prosjektleder Håvard E. Danielsen.

SINTEF

Renere vedfyring kutter helsekostnader og gir miljøgevinst, ifølge ny rapport.

Forskeren forteller:

Når ungdom presses til å drive med idrett, og voksne bestemmer hvordan de skal gjør det, da blir idrettsungdom lei. Men du kan unngå at barna dine mistrives, blir stresset og presterer dårlig på sikt.

Dinosaurenes historie må skrives om, sier britiske forskere etter en ny enorm analyse. Det vil uten tvil ryste fagfolk verden over, men hvis forskerne har rett, løser de flere uløste gåter.

Dette er den første store studien som samanliknar den laksearten vi har i norsk natur med norsk oppdrettslaks.

– Noen ganger «reparerte» økosystemet seg selv, mens andre ganger hadde tapet av arten en ytterligere negativ effekt, sier den danske forskeren bak studien.