Kroppens vakre juveler

De ser ut som vakre blomster og perfekte diamanter. I virkeligheten er det proteiner fra tarmer, muskler, snørr og tårer.

Publisert
Krystallen ser ut som en blomst, men er i virkeligheten myoglobin. Det er et protein som frakter oksygen i muskler, i dette tilfellet fra en hest. (Foto: NorStruct)
Krystallen ser ut som en blomst, men er i virkeligheten myoglobin. Det er et protein som frakter oksygen i muskler, i dette tilfellet fra en hest. (Foto: NorStruct)

Forskerne behandler dem som dyrebare skatter. I krystallisert form kan nemlig proteiner gi uvurderlige bidrag til kreftforskning og vaksineutvikling.

Ved Nasjonalt senter for strukturbiologi (NorStruct) i Tromsø jobber forskerne med å produsere krystaller. Ikke av edelsteiner, men av biologiske stoffer.

Det gjør de fordi krystallene er et utmerket middel for og nå et viktig mål: Å finne svar på hvordan viktige prosesser i kroppen foregår. Spesielt interessert er forskerne i å avsløre proteinenes hemmeligheter.

Livets byggesteiner

Hva er så proteiner? Mange kjenner kanskje ordet protein best fra innholdsfortegnelsen på matvarer. Fisk, kjøtt, melk, ost og egg inneholder for eksempel mye proteiner.

Men proteiner er ikke bare mat, det er også fellesbetegnelsen på tusenvis av ulike molekyler som finnes i levende organismer.

Proteiner kan kalles cellenes anleggsarbeidere. Mens vårt arvestoff (DNA) inneholder oppskriften på hva cellene skal gjøre, er det proteinene som faktisk utfører disse prosessene.

Proteinet i disse krystallene deltar i bakterien Vibrio Salmonicida sitt angrep på laksefisk. Krystallene fant et hårstrå å vokse på, derfor det fine spørsmålstegnet. (Foto: Nor Struct)
Proteinet i disse krystallene deltar i bakterien Vibrio Salmonicida sitt angrep på laksefisk. Krystallene fant et hårstrå å vokse på, derfor det fine spørsmålstegnet. (Foto: Nor Struct)

Mange av proteinene er skreddersydde til livsviktige funksjoner. Hemoglobin, som frakter oksygen rundt i kroppen, er et eksempel på et slikt protein. 

For å finne svar på hvorfor blant annet kreftsykdom oppstår må man lete i cellene, og derfor ønsker forskere å vite så mye som mulig om cellenes bestanddeler og funksjoner. Siden proteiner gjør jobben inne i cellene, anses de naturlig nok som svært sentrale.

Metoden for å avsløre proteinenes hemmeligheter kalles røntgenkrystallografi. Bare en håndfull mennesker i Norge har kompetanse på dette området, og de fleste av dem jobber i Tromsø.

Leter etter nåla i høystakken

Siden det finnes så mange forskjellige proteiner i en celle, må man «knuse» cellen og «fiske ut» det ene proteinet man er ute etter. Denne prosessen kalles proteinrensing.

– Som regel kan vi produsere de proteinene vi er ute etter i bakterier, insektceller eller gjær. Disse cellene kan vi produsere på store tanker. Å bruke menneskeceller blir i de fleste tilfeller for tidkrevende og kostbart, sier Vibeke Os ved NorStruct.

Etter rensing fordeles proteinene på et bittelite rør, og så tilsettes ulike saltkonsentrater, metaller eller løsemidler. Deretter dampes væsken vekk, noe som får proteinet til å «mistrives» og klumpe seg sammen i et bestemt mønster.

Nærbilde av lysosym, et grønt enzym som finnes i tårer, snørr og sårvæske. Dette eksempelet er fra høns. De fleste proteiner NorStruct jobber med har enzymatisk aktivitet, noe som vil si at de aktivt deltar i nedbryting og oppbygging av andre biologiske molekyler. Derfor kan proteinene også kalles enzymer. (Foto: NorStruct)
Nærbilde av lysosym, et grønt enzym som finnes i tårer, snørr og sårvæske. Dette eksempelet er fra høns. De fleste proteiner NorStruct jobber med har enzymatisk aktivitet, noe som vil si at de aktivt deltar i nedbryting og oppbygging av andre biologiske molekyler. Derfor kan proteinene også kalles enzymer. (Foto: NorStruct)

Det er dette mønsteret som ser ut som en krystall. 

Alt dette arbeidet er svært tidkrevende, og det er heller ikke gitt at forskerne klarer å få frem krystaller. Som oftest går det ikke.

– Det er som å lete etter nåla i høystakken, og derfor er det flott når vi lykkes. Det føles helt fantastisk å få fram en perfekt, diamantformet krystall, forteller Os.

Bombarderes av stråler

Selv om det må mye arbeid til for å få fatt i krystallene, så er det bokstavelig talt småtterier de til slutt sitter igjen med.

Krystaller på én millimeter anses for å være store, og som regel er de mye mindre.

For at krystallene skal kunne gi noen form for informasjon, må de bombarderes av røntgenstråler. Basert på hvordan røntgenstrålene brytes i krystallen, kan man si noe om atomenes plassering inni den. Atomene er de minste byggesteinene i biologiske stoffer. Og det er nettopp denne oppbygningen forskerne er ute etter:

– Vi må vite hvordan store biologiske molekyler er bygd opp, atom for atom, for å kunne se hvordan de oppfører seg under gitte forhold. Når vi vet det, så kan man eventuelt legge til eller fjerne deler av molekylet for å oppnå effekter som opprinnelig ikke var mulig. På den måten kan man forbedre proteiner til å gjøre som vi ønsker.

Kurere sykdom

Denne vakre krystallen kommer opprinnelig fra et protein i laks. I krystallisert form kan proteiner gi uvurderlige bidrag til kreftforskning og vaksineutvikling. (Foto: NorStruct)
Denne vakre krystallen kommer opprinnelig fra et protein i laks. I krystallisert form kan proteiner gi uvurderlige bidrag til kreftforskning og vaksineutvikling. (Foto: NorStruct)

Oppbyggingen av et molekyl, for eksempel et protein, sier mye om hvordan det virker. I medisin- og vaksineutvikling er kunnskap om dette avgjørende. 

Ved å kjenne til hvordan et sykdomsfremkallende molekyl ser ut, vil man kunne foreslå hvordan uønsket aktivitet skrus av eller økes.

Slik kan man kanskje kurere eller hindre at sykdom oppstår, eventuelt lage medikamenter man ser behov for, som p-piller for menn.

Røntgenkrystallografi er med andre ord et kraftig verktøy som har stor betydning i naturvitenskapelig forskning.

– Men ikke bare i medisinsk forstand. Kunnskapen kan også benyttes til å lage rengjøringsmidler med bedre vaskeegenskaper, identifisere forurensing og bryte ned avfallsstoffer, utvikling av biobrensel, eller til matproduksjon – som modning av ost eller i ølbrygging, avslutter Os.