Proteiner – livets byggstenar

Proteiner – livets byggstenar

Att säga att Marjolein Thunnissen varit intresserad av strukturbiologi och synkrotronforskning sedan barnsben är väl att överdriva. Men inte så mycket – hon var faktiskt bara 19 år när hon visste att det var detta hon ville syssla med. Det övergripande målet för hennes arbete är att få mer kunskap om proteiner, livets byggstenar.

Marjolein Thunnissen är kemist och kommer från Nederländerna. Det var i slutet av hennes första år som kemistudent som hon gick en kurs i proteinstruktur, en kurs som blev avgörande för hennes framtid.

– Jag tyckte det var så otroligt roligt! Redan då visste jag att detta var den riktning jag ville slå in på, säger hon.

Strukturbiologi kan beskrivas som ett vetenskapsområde som handlar om den fysiska strukturen hos makromolekyler, d.v.s. stora molekyler. Viktigast av dessa är just proteinerna, de molekyler som gör merparten av arbetet inom alla levande kroppar. Hos människor är det till exempel proteinet alfakeratin som ger upphov till vårt hår och våra naglar, proteinet hemoglobin som gör att blodets syre når ut till alla celler i kroppen, muskelproteinerna aktin och myosin som står för alla stora och

små muskelrörelser, och så vidare.

Proteinerna fungerar ofta som enzymer, som skyndar på olika kemiska reaktioner. Men de har också många andra uppgifter, som att ingå i immunförsvaret, lagra olika ämnen och fungera som budbärare mellan cellerna. Medan den mänskliga kroppen bara har cirka 25 000 gener, så är antalet proteiner som generna ger upphov till mycket större, närmare 250 000. Alla proteiner är formade som långa halsband med pärlor av olika aminosyror. Men halsbanden är veckade på olika sätt, ofta med omväxlande raka och ”krulliga” delar. Det är denna veckning som utgör proteinstrukturen, som är avgörande för proteinernas funktion.

Detta är E coli Cas1-Cas2 complex, en del av CrispR/Cas systemet som är väldig viktig ny verktyg för gen-modificiering. Proteinet blev bestämd av en grupp från Vilnius ledad av Virginijus Šikšnys med data från I911-3 .
E coli Cas1-Cas2 complex, en del av CrispR/Cas systemet som är ett viktigt nytt verktyg för gen-modificiering. Proteinet blev bestämt av en grupp från Vilnius ledad av Virginijus Šikšnys med data från beamline I911-3 på MAX-lab.

– För att förstå varför olika saker händer i kroppen måste man titta på proteinets form. Strukturbiologi är det bästa verktyget vi har för att göra detta. De nyaste medicinska rönen när det gäller att förstå och behandla olika sjukdomar bygger mycket ofta på att man lärt sig förstå proteinernas struktur, förklarar Marjolein Thunnissen.

När hon som ung student läste kemi i Groningen frågade hennes lärare om hon ville följa med till en synkrotronanläggning i Tyskland. Det ville hon gärna. Synkrotronanläggningar, som använder sig av extremt snabb och fokuserad röntgenstrålning, hade då mest använts för teknisk materialforskning och inte så mycket i biologiska sammanhang. Studier av proteiners struktur är fortfarande bara ett av de områden som synkrotronljuset kan användas till, men ett viktigt sådant.

I strukturbiologiska studier är det en kristalliserad molekyl som röntgenstrålarna från synkrotronen fokuseras på. Hur strålarna reflekteras från kristallen ger en fingervisning om hur molekylens struktur ser ut. Genom att rotera kristallen och använda olika våglängder av strålning samlar man in data som så småningom ger en bild av molekylens form.

Efter utbildningen i Nederländerna, och innan Marjolein Thunnissen började vid MAX-lab i Lund, arbetade hon med proteinkristallografi vid Stockholms universitet. Proteinkristallografi innebär att ur en vätskelösning utvinna små droppar som sedan koncentreras steg för steg tills en kristall växer fram. Att skapa kristaller av ett protein kan vara lätt eller svårt beroende på vilket protein det handlar om. Arbetet kan ta flera månader, och kräver att temperatur, surhetsgrad och koncentration anpassas exakt till varje protein. Resultatet blir, om allt gått bra, en kristall som är knappt synlig för blotta ögat men innehåller många biljoner molekyler.

I Stockholm arbetade Marjolein Thunnissen även med analyser av data från proteinkristaller som skickats iväg för undersökning vid olika synkrotroner. Sådana analyser fortsatte hon med vid MAX-lab, där hon också varit inblandad i instrumentering och en del metodutveckling. Hon har aldrig ångrat flytten till Lund.

– Jag hade länge känt till och intresserat mig för forskningen vid MAX-lab. Kvaliteten på data är otroligt viktig när man ska bestämma strukturen på en molekyl, och strålrören på MAX-lab ger en hög kvalitet. Det borgar för ett gott resultat, säger hon.

Hon uppskattar också att arbetet är omväxlande, eftersom det berör så många yrkesgrupper. På en och samma dag kan hon möta tekniker, fysiker, kemister, biologer och läkare. Hon kan också själv få utföra en del praktiskt hantverk.

– Vi har förstås teknikspecialister vid MAX-lab. Men jag kan ändå ibland få möjlighet att meka lite själv, och det tycker jag är roligt! säger hon.

Roligt tycker hon också det är att berätta om MAX-lab för utomstående besökare, bland annat skolungdomar. Att förklara en så avancerad teknik för ungdomar kan verka som en svår utmaning, men det brukar gå bra, menar hon.

– De blir alltid imponerade när de får se våra stora apparater. Vi har ju också gjort många projekt som är både spännande och begripliga, som studier av Vasaskeppet och av fossila fjädrar och dinosaurieben. Och värdet av studier som kan ge nya läkemedel, batterier med längre livstid, material som är bättre på att leda el, effektivare solceller med mera är ju också lätt att förstå.

Listan över de forskningspublikationer som Marjolein Thunnissen deltagit i spänner över ett brett fält, från influensabakterier till fiberproteiner vid artros och det lilla proteinet WT1 som har betydelse vid bl.a. barncancer. Det är studier som drivits av andra forskare, där hon bidragit med just synkrotronarbetet. Hennes egen forskning har handlat om leukotriener, en sorts hormoner som spelar en viktig roll vid inflammation och som det finns höga nivåer av hos personer med reumatiska sjukdomar. Den nya anläggningen kommer att ge helt nya möjligheter, inte minst just när det gäller strukturbiologi.

– Vi kommer att få en väldigt fokuserad och intensiv stråle med vars hjälp vi kan göra saker som aldrig utförts tidigare. Förut har vi följt med i den utveckling som skett på andra håll, men nu blir kommer vi här i Lund att kunna ta täten. Det blir en helt ny situation, och en verklig utmaning, menar hon.

På det privata planet är Marjolein Thunnisen gift med en man som också är strukturbiolog vid Lunds universitet, och har två döttrar och flera katter. Fritiden ägnar hon bland annat åt stickning: hon har publicerat inte mindre än 13 egendesignade mönster för tröjor, mössor och barnkläder på den internationella sticksajten Ravelry. Att arbeta med händerna tycker hon är en bra omväxling till forskningen, samtidigt som det också finns vissa likheter mellan strukturbiologi och stickning.

– Det är ju matematik inblandad i båda verksamheterna, och båda handlar om att få grepp om en tredimensionell form!