Revolutionerende leg med ‘livets LEGO-klodser’ får Nobelprisen i kemi

»Livets kemiske værktøj!«

Sådan beskriver Hans Ellegreen, generalsekretær i Det Kongelige Svenske Videnskabsakademi, kort og godt proteiner, da han præsenterer årets Nobelprismodtager i kemi.

Og hvor bombastisk det end måtte lyde, er der noget om snakken: Proteiner er byggestenene i stort set alt i vores kroppe – alt lige fra knogler, muskler og hår til immunforsvar og hormoner.

Derfor er der også store muligheder i at forstå, hvordan de livsnødvendige molekyler er skruet sammen og fungerer.

Og det er netop, hvad årets tre vindere af Nobelprisen i kemi har fundet måder at gøre os klogere på.

De har udviklet AI-værktøjer til at kortlægge og forudsige, hvordan proteinmolekyler er formet og dermed fungerer. En af forskerne har endda fundet ud af, hvordan man kan designe splinternye proteiner.

»For få år siden troede jeg, at det her ville ligge mange år ude i fremtiden, fordi det er så komplekst,« siger Magnus Kjærgaard, lektor i biokemi ved Aarhus Universitet, til Videnskab.dk.

»Men der er sket en kæmpe revolution, der er drevet af de her AI-metoder, som nu bliver belønnet af Nobelkomitéen.«

Og skal man tro de forskere, Videnskab.dk har talt med, er proteinrevolutionen kun lige begyndt.

Et unaturligt design

»Neeej, er det David Baker, der har vundet?« udbryder Amelie Stein begejstret, da Videnskab.dk’s journalist ringer til hende.

Hun er lektor ved Biologisk Institut på Københavns Universitet og har i årevis beskæftiget sig med proteinmodellering – altså opbygningen af proteinmolekyler.

Og når man beskæftiger sig med det emne, så kender man helt sikkert David Baker, som altså er den ene modtager af årets Nobelpris.

»Det var ham og hans team, der for første gang designede et nyt protein, som naturen ikke selv har fundet på,« forklarer hun.

Proteiner består af 20 forskellige aminosyrer, og det er i høj grad måden, de er skruet sammen på – den tredimensionelle struktur af proteinet – der afgør, hvilken funktion proteinet har: Er det for eksempel enzymer, der kan nedbryde materiale, eller er det hormoner, der sender signaler rundt i kroppen?

Og i 2003 lykkedes det altså professor Baker og hans team at bruge et computerprogram til at skrue et protein sammen på en helt ny måde – en bedrift, som han nu hædres for med en nobelpris.

»Det er virkelig noget, der rummer en masse muligheder, når man i teorien kan lægge de biologiske byggesten på helt nye måder. Så det var et kæmpe gennembrud, da det kom frem i sin tid,« siger Amelie Stein.

Som at lege med LEGO

Én ting er dog at designe et nyt protein i en software – noget andet er at forstå, hvordan de cirka 200 millioner proteiner, vi allerede kender til, er skruet sammen.

»Det har været en af de helt store videnskabelige udfordringer i over fem årtier,« fortæller Magnus Kjærgaard.

Han sammenligner proteiners opbygning med LEGO-klodser.

»Hvis du har 300 LEGO-klodser derhjemme, så kan du jo bygge uendeligt mange ting af de samme klodser. Om du har et LEGO-hus eller en LEGO-bil afhænger af, hvordan klodserne er sat sammen.«

Men når forskerne ‘leger’ med LEGO-bilen, er den allerede bygget. De har i årtier manglet manualen, der fulgte med i æsken, da man købte bilen.

Og her kommer de to forskere Demis Hassabis og John Jumper fra Google DeepMind i London ind i billedet.

I 2020 kunne de nemlig præsentere verden for en ny AI-model, der kan forudsige, hvordan klodserne er sat sammen i forskellige proteiner – altså hvordan proteinets aminosyrer har sat sig sammen.

»Det vil for eksempel kunne hjælpe os med at forstå sygdomsmutationer. Din LEGO-bil kan ikke køre, fordi den ikke længere er sat sammen, som den burde. Når du så pludselig har manualen til den, kan du nemmere finde ud af, hvilken klods der mangler eller ikke burde sidde på bilen.«

Og det er altså den bedrift, der har givet Google-forskerne den anden halvdel af Nobelprisen i kemi.

Fra forskerdrømme til virkelighed

Både Amelie Stein og Magnus Kjærgaard beskriver de to Nobelvindende bedrifter som vigtig grundforskning.

Men Magnus Kjærgaard havde ikke forventet, at proteinforskningen ville vinde en Nobelpris – endnu.

»Vi plejer jo at se prisen gå til forskning, der har gjort en stor forskel i praksis. De her videnskabelige bedrifter er stadig relativt teoretiske.«

Men at det rummer store muligheder for at blive anvendt i praksis, tvivler ingen af de to forskere på. Det er blot et spørgsmål om tid, før det for alvor begynder at blive anvendt.

»Når vi både har forståelse for strukturerne og evnen til at redesigne dem, så åbner der sig jo en masse muligheder for at udvikle ny medicin og vacciner eller enzymer, der kan nedbryde forurenende stoffer,« siger Amelie Stein og fortsætter:

»Der er også muligheder på det grønne område. Det er proteiner, der gør, at planter kan optage CO2 og lave det om til ilt. Måske kan vi bruge de her metoder til at forstå de funktioner og genskabe dem på nye måder.«