Hvert ?r d?r 1,8 millioner mennesker av tuberkulose. Dagens medisiner mot den fryktede
lungesykdommen er ikke gode nok. Tuberkulosebakteriene blir stadig mer motstandsdyktige mot antibiotika. Noen typer bakterier er allerede multiresistente.
Kjemikere har n? funnet en mulig l?sning p? hvordan tuberkulosebakterien kan knekkes. L?sningen er ? studere bestanddeler i tuberkulosebakterien p? atomniv?. 澳门葡京手机版app下载en deres har tatt mange ?r og er i grenseland av hva som er teknisk mulig.
– Dette er som ? l?pe et hinderl?p der du ikke vet hvor store hindrene er f?r du er i m?l, forteller primus motor for tuberkuloseforskningen, professor Ute Krengel p? Kjemisk institutt ved Universitetet i Oslo.
Hun har invitert Apollon med p? en reise inn i noen av de oppdagelsene kjemikerne har gjort for ? kunne lage det som kan bli fremtidens medisin mot tuberkulose.
Enzymjakten
Akkurat som i cellene v?re inneholder alle tuberkulosebakterier mange enzymer. Enzymer er livsn?dvendige proteiner og fungerer som katalysatorer for ? styre de kjemiske reaksjonene i cellene. Uten enzymer d?r cellene.
For noen ?r siden fant Ute Krengel et enzym i tuberkulosebakterien som tilsynelatende ikke er i bruk. Hun undret seg, ettersom alle enzymer burde ha en spesiell oppgave. Det var da hun oppdaget at dette enzymet bare fungerte om det slo seg sammen med et annet enzym, og at denne sammensl?ingen var helt essensiell for at tuberkulosebakterien skulle overleve. Hun fikk en lys idé: Tenk om man kunne s?rge for at disse to enzymene ikke fikk kontakt med hverandre! Tanken var besn?rende. En medisin mot denne sammensl?ingen kunne ta innersvingen p? tuberkulosebakteriene.
Dette er lettere sagt enn gjort.
Enzymer er satt sammen av et sett p? 20 byggeklosser som kalles aminosyrer. Noen ganger er det lett ? finne den atom?re oppbygningen av et enzym. Andre ganger kreves det flere ?rs hardt arbeid.
Mekanismene til en rekke enzymer er allerede godt kjent, men det finnes fortsatt noen enzymer som forskerne nesten ikke vet noe om.
Knekte koden
Uheldigvis har det v?rt sv?rt vanskelig ? finne den molekyl?re oppbygningen av det underlige enzymkomplekset i tuberkulosebakterien. Kjemikerne ved UiO er de f?rste i verden
som har klart ? knekke denne koden. Den eneste muligheten deres til ? unders?ke disse spesielle enzymene, er ? bruke en analysemetode som kalles r?ntgendiffraksjon.
– Det finnes mange forskjellige m?ter ? studere molekyler p?. De fleste gir indirekte informasjon om molekylene. Med r?ntgendiffraksjon f?r vi et fullstendig bilde av de molekylene vi ?nsker avbildet, forklarer professor Carl Henrik G?rbitz p? Kjemisk institutt.
M? krystalliseres
HEMMER ENZYMER: Noen enzymer finnes bare i tuberkulosebakterier. Helen V. Thorbj?rnsrud jakter p? en medisin som bare ?delegger strukturene til disse enzymene. Foto: Yngve Vogt
Men metoden deres har et stort aber. Den krever at de enzymene som skal unders?kes, f?rst m? krystalliseres. I krystalliserte stoffer er molekylene plassert i en ordnet gitterstruktur.
Her har forskerne st?tt p? en rekke hindre.
N?r de har t?mt alt innholdet fra bakteriene i en stor saus, bruker de ulike teknikker for ? skille ut de enzymene som skal analyseres.
S? m? stoffet krystalliseres. Da m? de dampe inn vannl?sning og pr?ve seg frem med riktig mengde salter, rett temperatur og rett surhetsverdi. Det er vanligst ? bruke pipetter, men prosessen kan ogs? styres med en robot. Da g?r det noe fortere.
Noen ganger kan det ta flere ?r ? finne de riktige betingelsene for ? lage slike krystaller.
– Denne gangen hadde vi flaks.
Krystallbiten m? v?re av en viss st?rrelse for at det skal v?re mulig ? analysere den. Minstest?rrelsen er en hundredels millimeter tykkelse.
– Selv om det h?res lite ut, best?r denne krystallsamlingen av noen hundre billioner molekyler, fremhever G?rbitz.
N?r de har klart ? lage krystallen, m? den ligge i en helt spesiell v?ske. Hvis krystallklumpen blir tatt ut av v?sken, kan den kollapse p? under et halvt sekund.
For ? finne strukturen i enzymene nytter det ikke med mikroskop. Oppl?sningen er ikke god nok. De m? derfor ty til r?ntgen. Dette er Ute Krengels spesiale.
R?ntgenanalysen, som skjer i en maskin til fem millioner kroner i underetasjen p? Kjemisk institutt, er s? god at de kan se hvor alle atomene er plassert i molekylet, unntatt hydrogenatomene, som er de minste atomene i universet.
Ved ? tolke hvordan r?ntgenstr?lene spres i krystallen, er det mulig ? beregne hvordan atomstrukturen ser ut. Dette kan sammenlignes med ? sende laserlys gjennom en sil. Ved ? studere det lyset som spres av silgitteret, kan de beregne hvordan selve silen ser ut.
Hver eksponering er todimensjonal. For ? ta et tredimensjonalt bilde, bestr?ler de enzymkrystallen med opptil 500 eksponeringer fra ulike vinkler.
Fotograferingen kan ta noen dager. Noen ganger drar de til synkrotronen i Grenoble for ? skanne krystallbiten. Synkrotronen har en sv?r str?lekilde med en omkrets p? nesten en kilometer. Her kan avfotograferingen ta s? kort tid som to minutter. Man skulle kanskje tro at r?ntgenbildene hjalp dem til veis ende, men tolkningen av molekylstrukturen kan ta b?de m?neder og ?r.
– Hvis vi ikke forst?r strukturen, kan vi ikke se hvordan enzymet p?virker omgivelsene.
I tolkningen m? de anta hvor hydrogenatomene sitter. Den dagen det nye 15 milliarder dyre ESS-anlegget ?pnes i Lund om noen ?r vil det bli mulig ? avfotografere samtlige atomer i molekylet, inklusive hydrogenkjernene.
– Med dagens avbildning kan du gj?re antakelser om hvor hydrogenatomene er. Du har skjelettet, men du mangler dessverre noen av de fine detaljene, forteller stipendiat Helen V. Thorbj?rnsrud.
Tunge beregninger
Men uansett om kjemikerne f?r vite hvor hydrogenatomene befinner seg eller ei, er de n?dt til ? bruke kvantekjemiske beregninger til ? studere hvordan enzymene kjemisk fungerer og hvor mye energi de trenger for ? komme frem til en bestemt tilstand.
– Kvantekjemiske beregninger er avgj?rende for ? forst? biologiske systemer, poengterer f?rsteamanuensis Michele Cascella p? Senter for teoretisk og beregningsbasert kjemi ved UiO.
Dette er enorme beregninger som beskriver hvordan elektronene samhandler i hele molekylet.
Selv om enzymene er sm?, med bare tusen atomer hver, er de likevel for store til at det er mulig ? gj?re helt presise, kvantekjemiske beregninger av hele molekylet. Resultatene blir derfor ogs? her omtrentlige.
Modellbakterier
Ideen bak medisinen er besn?rende enkel: De vil lage molekyler som skal hindre at de to enzymene i tuberkulosebakterien skal sl? seg sammen.
– Vi h?per dette skal bli en effektiv medisin, fremhever Krengel.
Selv om forskerne gj?r hva de kan for ? avsl?re enzymenes hemmeligheter i tuberkulosebakterier, eksperimenterer de med helt ufarlige E. coli-bakterier. I bakteriefabrikken p? bakrommet har de byttet ut en spesiell genbit, slik at bakteriene produserer n?yaktig de samme enzymene som tuberkulosebakteriene.
– Selv om bakteriene er ufarlige, blir de likevel drept etterp?, beroliger Krengel.
Det neste steget deres er ? teste enzymene i en ufarlig modellbakterie som ligner mest mulig p? tuberkulosebakterien.
– Hvis reguleringsmekanismene er de samme i disse bakteriene, kan vi bruke dem som et modellsystem for tuberkulosebakterier. Hvis systemet v?rt fungerer, kan dette bli det f?rste steget til ? teste ny tuberkulosemedisin, forteller forsker Daniel Burchowsky p? Kjemisk institutt.
N?r denne testen er i boks, m? medisinen til syvende og sist testes p? virkelige tuberkulosebakterier, men det vil da skje i et hundre prosent sikkert laboratorium.