Bruker bakteriar som proteinfabrikk når nye medisinar vert utvikla

Bakteriar kan vere farlege og framkalle sjukdom, men dei kan også vere til stor nytte. Dei kan blant anna fungere som proteinfabrikkar og hjelpe til med å framstille nye medisinar.

PROTEINFABRIKK: Forskarane tek eit menneske-DNA og set det inn i ein E.colibakterie. Bakterien er modifisert til å vere ein proteinfabrikk. Forskarane dannar koloniar av bakteriar ved å dyrke dei i flasker. Bakteriane doblar seg kvart 20. minutt, og allereie neste dag er det blitt mange nye bakteriar som kan hjelpe til med å produsere proteinet. Illusrasjon: Adrian Roholdt

Å finne fram til nye medisinar er ein omstendeleg prosess. Det tek som oftast over ti år frå

eit medikament vert utvikla på forskingslaboratoriet, til det når pasientane. Forskarar ved Institutt for medisinske basalfag jobbar med eit av dei aller første stega i prosessen; nemleg å finne ut korleis ukjende protein er bygde opp og verkar.

– Vi veit at protein spelar ei stor rolle i ei rekkje sjukdommar. Det er difor viktig å forstå betre korleis ulike protein fungerer, slik at vi meir målretta kan utvikle gode behandlingsmetodar og medisinar. Proteinet vi jobbar med no, er relativt ukjent, og vi ønskjer å finne strukturen og funksjonen til dette proteinet for å sjå om det har potensial til å bli brukt i medisinar seinare, seier stipendiat Nis Valentin Nielsen ved Institutt for medisinske basalfag på Universitetet i Oslo.

For å finne strukturen til proteinet, trengst bakteriar.

TRENG BAKTERIAR: – Dei fleste medikament hemmar eller aukar aktiviteten i protein. Vi har funne eit molekyl som bind og aktiverer eit bestemt protein. Det er første steg i utviklinga av nye medisinar. Men forskinga ville ikkje vore mogleg utan bakteriar, fortel Nis Valentin
Nielsen (over) og Sebastian Berge-Seidl (under). Foto: Ola Sæther

– Proteinet vi jobbar med, er eit enzym i blodet, altså eit menneskeprotein. Men for å få ei stor nok mengd av dette proteinet, treng vi bakteriar. Vi puttar DNA-sekvensar av proteinet inn i bakteriane, det blir ei slags oppskrift på korleis proteinet skal lagast, og då kan bakteriane produsere store mengder av det. Det blir som ein proteinfabrikk.

Slag og blodpropp

Proteinet som forskarane jobbar med, er blodsirkulerande. Det er altså eit enzym som er med på å beskytte og halde ved like blodet i menneskekroppen. Tidlegare studiar har vist at proteinet kan vere avgjerande ved slag og blodpropp.

– Dersom du først får blodpropp, kan det vere ein fordel at dette proteinet er meir aktivt. Då kan behandlinga bli meir effektiv. Proteinet ser også ut til å redusere konsekvensane ein vanlegvis får ved slag. Symptoma blir mildare. Det er difor viktig at ein kan aktivere enzymet i blodet – og då trengst all den informasjonen som vi no forsøker å skaffe oss, seier Sebastian Berge-Seidl, som er medforskar i prosjektet.

Det finst også studiar på dyr som viser at mangelen på dette proteinet kan få alvorlege konsekvensar.

– Forsøk på mus har vist at det er auka risiko for blodpropp viss ikkje kroppen produserer dette proteinet, legg Berge-Seidl til.

Sprengjer bakteriar

Å finne ut korleis eit protein er bygt opp og fungerer, er inga enkel oppgåve. Det

er mange steg på vegen, og mykje som skal klaffe. Sidan forskarane studerer eit humant protein, er ikkje bakteriane i stand til å danne det korrekt. Forskarane må hjelpe dei på vegen.

– Vi tek eit menneske-DNA som oppskrift for det enzymet vi er interessert i, og set det inn i ein E.coli-bakterie. Dette er ikkje ein E.coli frå toalettet, men ein E.coli-bakterie som er modifisert til å vere ein proteinfabrikk. Det er alt han kan. Bakterien veks og blir god til å danne protein – og det er nett det vi ønskjer å bruke den til, seier Nielsen.

I starten er det berre snakk om éin bakterie. Men forskarane lagar koloniar av bakteriar ved å dyrke dei i flasker. Bakteriane doblar seg kvart 20.  minutt, så neste dag er det blitt mange nye bakteriar som kan hjelpe til med å produsere proteinet.

– Vi sentrifugerer eller isolerer bakteriane på botnen av ei flaske og tek bort væska. Proteinet vi ønskjer å finne, ligg gøymt inne i bakterien. For å få protein ut av bakteriane, må vi øydeleggje heile bakterien. Då brukar vi ultralyd, slik at bakterien blir sprengd. Når bakteriane vert sprengde, får forskarane ein blandingsmasse av bakteriar, protein og det eine menneskeproteinet som er danna. Utfordringa blir å skilje det humane proteinet frå dei andre proteina som finst naturleg i bakteriane.

– Her bruker vi ei seperasjonssøyle som alle proteina renn ned i, slik at vi kan isolere det ønskte proteinet frå den andre massen. Alt dette gjer vi for å skape eit rett miljø, slik at vi sit igjen med eit så reint protein som råd. Målet er å få eit 100 prosent reint protein som kan bli til ein krystall, seier Nielsen.

Kvart einaste trinn har ulike komponentar, og alt skal gå rett for seg for å få ein proteinkrystall. Først då kan proteinet sendast til Den europeiske synkrotronstrålingsfasilitet (ESRF) i Grenoble, Frankrike – ei av verdas mest intense kjelder til røntgenlys.

Vil finne bindarane

3D-strukturen er mellom anna viktig for å kunne finne molekyl som kan vere med på å regulere aktiviteten til enzymet i blodet.

– Til å begynne med har vi eit stort bibliotek som inneheld alle moglege kombinasjonar av aminosyrer, som er byggjesteinar i proteinet. Nokre av desse molekyla kan binde seg til det isolerte proteinet vi har dyrka fram, andre ikkje. Vi ønskjer å finne molekyl som bind seg, seier Berge-Seidl.

Forskarane vaskar blant anna bort molekyla som ikkje bind seg, og prosessen held fram fleire gonger, slik at dei til slutt sit igjen med eit nytt bibliotek som berre inneheld molekyl som bind seg til det ønskte proteinet. Korleis molekyla bind seg, har mykje å seie. Det kan nemleg avgjere om aktiviteten i proteinet aukar eller vert hemma.

– Dei fleste medikament gjer nettopp dette; anten hemmar eller aukar dei aktiviteten i protein. Vi har funne eit molekyl som bind og aktiverer proteinet vårt. Det er første steg i utviklinga av nye medisinar, fortel Berge-Seidl.

Forskarane håpar det kan ha potensial til å bli ein medisin ved hjerneslag ein gong i framtida.

– Finn vi 3D-strukturen, opnar det opp for andre typar forsking på proteinet, og det vil vonleg kunne brukast som medisin, seier Nielsen.

Men forskinga på sjølve proteinet, i alle dei forskjellige stega, ville ikkje vore mogleg utan bakteriar.

– Vi bruker bakteriar til å danne nye bibliotek av moglege medisinkandidatar. Det er berre bakteriar som kan gjere denne oppgåva, sidan dei reproduserer seg så raskt og aksepterer manipulering. Vi kan manipulere dei mykje utan at dei døyr eller stoppar å fungere. Dei er uvurderleg viktige for forskinga, slår Nis Valentin Nielsen og Sebastian Berge-Seidl fast.

Av Camilla Smaadal
Publisert 18. aug. 2016 14:00
Legg til kommentar

Logg inn for å kommentere

Ikke UiO- eller Feide-bruker?
Opprett en WebID-bruker for å kommentere