Oppdag våre andre nettsteder:

Du leter kanskje etter...

Oppdag våre andre nettsteder:

Annonse

Proteiner folder seg i kompliserte tredimensjonale former. Det er nettopp de bestemte formene som gir hvert protein sine spesielle egenskaper.

(Foto: Corona Borealis Studio / Shutterstock / NTB)

Gjennombrudd i 2024: – Dette er noe av det mest banebrytende som har skjedd i vår tid

For første gang kan mennesker designe nye proteiner som ikke er basert på dem naturen selv lager. Det åpner for svimlende muligheter og farer, mener molekylærbiolog Sigrid Bratli.

Ingrid Spilde journalist

Publisert 26.12.2024 - 00:00

– Proteiner er selve livsmaskineriet – de er motoren i alt som skjer biologisk, sier molekylærbiolog Sigrid Bratlie.

Hun er rådgiver ved Kreftforeningen og tankesmien Langsikt og har fulgt forskningen innen bioteknologi i mange år.

Bratlie forteller at proteinene er uunnværlige byggesteiner i alle celler. Dessuten utfører de mange viktige oppgaver som trengs for å holde livet i gang.

For eksempel er mange hormoner og andre signalstoffer i kroppen proteiner. Det gjelder også antistoffer – som er avgjørende for immunsystemet. Og mange av de kjemiske reaksjoner vi er avhengig av, styres av enzymer, som også er proteiner.

Mennesker kan ta over rollen som designer

Det finnes antagelig flere milliarder ulike proteiner i naturen, med hver sin bestemte funksjon. De har evolusjonen utviklet over milliarder av år.

Men nå kan alt endre seg.

– Ved hjelp av bioteknologi og kunstig intelligens kan menneskene kanskje ta over rollen som designere av nye proteiner, sier Bratlie.

For ikke lenge siden ville noe slikt fortonet seg som science fiction. Men utviklingen på dette feltet har gått fra skilpaddefart til lyshastighet på bare noen få år.

– Proteindesign har definitivt topplasseringen på min liste over gjennombrudd i år.

Tredimensjonale kjeder

Det er faktisk mange tiår siden forskere oppdaget en avgjørende egenskap ved proteinene:

Proteinfolding.

På nanonivå er et protein egentlig en lang kjede av molekyler som kalles aminosyrer. Rekkefølgen på aminosyrene bestemmer hvilket protein det er snakk om.

Men disse kjedene slenger ikke bare rundt som slappe perlekjeder. De er derimot foldet opp i kompliserte tredimensjonale strukturer. Det er nettopp denne formen som gir hvert protein sin spesielle egenskap.

Derfor har forskere vært svært interessert i å finne ut hva som får proteinene til å folde seg slik de gjør.

Finnes det faste regler for proteinfoldingen? Og hvis vi skjønner disse reglene – kan vi forutsi hvordan proteinet folder seg, bare ved å se rekkefølgen på aminosyrene i proteinet?

KI-revolusjon

Lenge virket oppgaven imidlertid umulig.

Proteinfoldingens indre system er ufattelig komplisert, og forskningen sneglet seg fram med museskritt.

Inntil desember 2020. Da skjedde noe som rystet hele forskningsfeltet i grunnvollene.

Forskere fra Google-selskapet DeepMind hadde brukt KI-redskapet AlphaFold2 til å forutsi strukturen på proteiner. Resultatene de hadde fått, viste seg å være forbløffende gode. Mye mer presise enn noen tidligere metoder.

Sigrid Bratlie er seniorrådgiver i tankesmien Langsikt og rådgiver i Kreftforeningen.

Forskningsfeltet hadde tatt et sjumilssteg. Og nå, bare fire år senere, har det tatt enda et gigantisk skritt, mener Bratlie.

Et steg inn i en helt ny verden.

Proteindesign

– Nobelprisen i kjemi i år gikk til tre personer. To av dem er forskere fra DeepMind som har jobbet med AlphaFold. Men den tredje, David Baker, har kanskje gjort noe enda mer revolusjonerende, sier Bratlie.

– Han har lagd et KI-verktøy som på en måte gjør det motsatte.

I stedet for å ta utgangspunkt i en eksisterende aminosyrekjede ba Baker dette verktøyet om å lage en tredimensjonal form som han trenger.

Altså: Jeg trenger et protein med denne spesielle formen. Kan du lage en aminosyrekjede som folder seg slik?

På denne måten har Baker faktisk klart å skape helt nye proteiner.

Materialer og medisiner

– Dette betyr at vi ikke er begrenset av hvilke proteiner som naturen allerede har lagd, men kan designe proteiner ut fra hva vi trenger, sier Bratlie.

Foreløpig er teknologien langt fra ferdig utviklet, men i teorien vil vi rett og slett kunne bestille stoffer, som nye materialer, medisiner eller antistoffer mot nye sykdommer.

Baker har allerede servert ett eksempel.

Sammen med en rekke kollegaer designet han et protein som virker som motgift mot slangebitt. Forskerne ga to grupper mus slangegift. Men den ene gruppa fikk også det nye proteinet.

Resultatet var temmelig oppsiktsvekkende. Alle musene i gruppa som bare fikk gift, døde. Men i gruppa som også mottok det nye proteinet, overlevde alle musene.

Studien er foreløpig bare lagt ut som et preprint og er dermed ikke fagfellevurdert enda. Det er heller ikke sikkert at behandlingen virker for mennesker. Men resultatene hinter likevel om hvilken nytte proteindesign kan ha.

Spennende og bekymringsfullt

– Dette er en vanvittig spennende og ganske overveldende utvikling, sier Bratlie.

– Jeg tror proteindesign kan vise seg å være det aller viktigste kunstig intelligens kan bidra med, totalt sett.

– Vi er tross alt biologiske vesener, som lever av biologiske ressurser. Jeg tror kombinasjonen av genteknologi og kunstig intelligens vil kunne løse noen av de virkelig store utfordringene våre, som antibiotikaresistens.

Samtidig mener Bratlie det er knyttet bekymringer til denne teknologien.

Hva om noen for eksempel vil bruke verktøyene til krigføring?

I 2022 gjorde forskere et eksperiment med et KI-verktøy som vanligvis brukes for å lete etter nye medisiner. De ba i stedet systemet om å finne mulige giftigstoffer.

I løpet av noen timer hadde maskinen kommet fram til 40.000 alternativer. De inkluderte nervegiften VX og andre kjente kjemiske våpen, i tillegg til helt nye, potensielt livsfarlige stoffer.

Trenger ikke lenger å forstå

Det er også et annet tankevekkende aspekt ved utviklingen av den nye proteinteknologien:

Vi skjønner egentlig ikke hva som skjer lenger.

Tidligere forskning på proteinfolding har gått ut på å forstå hvordan molekylene fungerer. Vi borer stadig dypere i de fysiske og kjemiske lovene som får en aminosyrekjede til å folde seg på en bestemt måte.

– Men når vi bruker kunstig intelligens, så trenger vi ikke å skjønne alt, sier Bratlie.

Vi putter en forespørsel inn i en svart boks, og får et svar ut. Dette svaret kan vi sjekke mot virkeligheten, og finne ut om det stemmer. Men vi vet ikke helt hvordan KI-verktøyet kom fram til riktig løsning.

Hva er vitenskap i framtida?

– Historisk sett har vitenskap handlet om å forstå naturen, sier forsker Mohammed AlQuraishi ved Columbia University til Quanta Magazine.

Men hva skjer når vitenskapelige framskritt baserer seg på at kunstig intelligens forteller oss svarene, men ikke prosessen bakom? Er det da fortsatt vitenskap? spør AlQuraishi.

På den annen side kan man også spørre: Hvis vi finner en kur mot kreft, trenger vi å bry oss med hvorfor den virker?

Dette er store spørsmål som vil følge vitenskapen i årene som kommer.

Hvis mange forskere ikke lenger forsøker å forstå prosessene i naturen, vil ikke kunstig intelligens bare forandre forskningen, skriver Quanta Magazine.

Den vil også forandre forskerne.