Lungebetennelse smitter årlig over 10 millioner mennesker, og er dødsårsaken for flere eldre og over 15 prosent av alle barn under fem år, ifølge Verdens helseorganisasjon.

Bakterien Streptococcus Pneumoniae er den vanligste et av årsakene til lungebetennelse, og behandles ofte med antibiotika. Bakterien bruker blant annet et eget enzym i sin livssyklus til å ta opp og slippe mangan, et metall som er ofte funnet i levende encellede organismer. Denne evnen kan vi bruke for å stoppe dem.

Bruker metall for å forsvare seg mot andre bakterier

Funksjonen til mangan er fortsatt uklar, men det binder seg til et spesielt protein vi kaller PsaA, som tar den opp og slipper den over bakteriemembranen. Denne prosessen ser ut til å være en forsvarsprosess mot andre bakterier.

I det siste tiåret har forskere funnet ut at metallet sink kan ha en god effekt og redusere symptomene av lungebetennelse, men årsaken til dette har ikke være klar. 

I en ny studie fra Fjordforsk har jeg funnet årsaken. Det har jeg gjort ved å bruke kvantekjemi. Det er en metode for å beregne elektroners energi og bølge-profiler i og mellom atomer. Det benyttes ofte til å beregne egenskaper til materialer og kjemiske forbindelser, men også for å studere visse områder i proteiner.

Hindrer bakterien fra overleve

I studien ser vi at elektronenes oppførsel er nøkkelen til å forstå hvorfor sink lindrer lungebetennelsesymptomene fra bakterien. Ved hjelp av høyhastighetsberegninger som har pågått i over et halvt år på en høy-ytelsesdatamaskin, ser vi at sink har den unike evnen til å binde seg til proteinet som bakterien bruker for å ta opp mangan.

Sinkets spesielle radius, som er kun 50000 milliard-dels meter, eller 50 picometer, mindre enn mangan spiller en sentral rolle. Denne unike konfigurasjonen av atom radius og ladning fører til sink blir værende i proteinet.

Sinks evne til å binde seg via elektrostatiske krefter fører til at proteinet til Streptococcus Pneumoniae ikke klarer å slippe den. Mangan kan ikke tas opp lenger og transporteres over membranen. Dette fører til at bakterien blir utsatt for angrep fra immunforsvaret og dør.

Denne studien viser hvor viktig analyser fra elektronnivået kan forklare fenomener på det medisinske plan, og hvordan høyhastighetsberegniner kan brukes i biologien.

Endret 02.10.2017: Rettet navn på bakterien i artikkelen. Takk til leseren som gjorde skribenten klar over feilen.