To nye professorer fortsætter forskningen i proteiner

Viden om proteiners strukturer og egenskaber på det atomare niveau bliver stadig vigtigere, eftersom proteinbaserede lægemidler har vist sig mere sikre og effektive end traditionelle lægemidler. Flere moderne lægemidler indeholder derfor proteiner. På samme måde produceres flere industrielle produkter som f.eks. fødevarer, vaskepulver og bio-ethanol ved hjælp af proteiner eller med proteiner som aktiv ingrediens.  Og Pernille og Günther har gennem et tæt samarbejde på DTU Kemi bidraget med forskningsresultater til det felt gennem mange år.

”Proteinbaserede lægemidler har den fordel, at proteinerne er biologisk aktive, effektive og specifikke i deres reaktioner. Derfor vil de ofte give færre bivirkninger end anden medicin”, fortæller Pernille Harris.

Pernille har været lektor på DTU siden 2002 og glæder sig over sin nye titel som professor, for selv om der er mange fordele, er der stadig mange udfordringer ved at bruge proteiner til lægemidler. Og der er derfor fortsat stort behov for at forske i proteinkemi. 

”Udfordringen med de proteinbaserede lægemidler er blandt andet, at holde proteinerne stabile og aktive i lang tid. Hvis de bliver opbevaret forkert, enten under produktionen eller i den færdige medicin – det kan være forkert temperatur, pH-værdi osv. – fælder de ofte ud og bliver inaktive, eller endnu værre, bliver årsag til uønskede bivirkninger”, forklarer hun.

”Hvert protein har sine særlige egenskaber, og det stiller store krav til produktion og til formulering af proteiner som lægemidler”, siger Pernille.

Forskning i hjælpestoffer og stabile proteiner
Både Pernille og Günther arbejder blandt andet på et stort fælleseuropæisk Horizon 2020-projekt ved navn PIPPI. Projektets formål er at kortlægge de hjælpestoffer, der kan gøre proteinerne stabile. Og det arbejde fortsætter de med.

”I den færdige medicin bruger man mange forskellige hjælpestoffer, der sikrer, at proteinerne holder sig stabile. Hjælpestofferne har ikke nogen medicinsk virkning, deres eneste formål er at gøre medicinen stabil. Og selv om man i mange år har arbejdet med formulering af proteiner, så er der stadig brug for tilbundsgående viden på det molekylære niveau. I PIPPI-projektet arbejder vi på at få den viden samt at få en molekylær forståelse af, hvordan forskellige typer hjælpestoffer stabiliserer proteiner, så man bedre kan vælge de bedste metoder”, uddyber Pernille, som leder projektet.

På vej mod en samlet database
PIPPI-projektet er gået ind i den afsluttende fase og slutter ved årets udgang og skal munde ud i en database, der rummer rå data med information om hjælpestoffernes virkninger og vekselvirkninger med proteinerne. Databasen er den første af sin slags og vil forhåbentlig få stor betydning i fremtiden, fordi man hele tiden bliver bedre til at udnytte og sammenholde store mængder data.

I det daglige arbejder Pernille tæt sammen med Günther i en iterativ proces.

”Hvor Pernille studerer proteiner ved hjælp af røntgenspredning, lysspredning og andre spektroskopiske metoder, så gennemfører jeg beregninger og modelleringer på computeren. Ved at anvende in silico-metoder kan vi genskabe proteinernes opførsel ved ændring af fysisk-kemiske forhold og tilsætning af hjælpestoffer. Vi tester proteinerne under mange forskellige betingelser. På den måde arbejder Pernille og jeg sammen i en iterativ proces, hvor vi både tester i laboratoriet og modellerer på computeren, fortæller Günther.

Han understreger, at synergien mellem eksperimenter og modellering er grundlæggende for at opnå en forståelse for proteinernes opførsel på molekylært niveau.

Günther er oprindeligt uddannet i USA og kom til Danmark i 1992, hvor han bl.a. har arbejdet som post.doc i proteinkemi på Københavns Universitet og i den danske medicinalindustri, så han kender ret godt til udfordringerne med karakterisering af proteiner i industrien, og han er sikker på, at den nye database vil være en hjælp i den proces.

Større udnyttelse af data om proteiner
Der er dog stadig mange aspekter af proteiners vekselvirkning med hjælpestoffer, som stadig skal undersøges – og som på mange andre områder, kommer der kun flere data. Günther og Pernille er da også enige om, at der er store fremtidige muligheder i at anvende i Machine Learning til at finde mønstre i alle de data, som findes om proteinerne og deres vekselvirkning med hjælpestoffer i forskellige opløsninger. Og da Günther er udnævnt til professor med særlige opgaver (MSO), overvejer han nu, hvilke opgaver der kunne være relevante for instituttets fremtidige forskning.

”Machine Learning er et eksempel på et oplagt område, hvor jeg vil kunne samarbejde med eksperter på de andre institutter her på DTU, men også eksternt, og det vil kunne give os endnu flere analyser og resultater, og samtidig vil det også være et spændende element for de studerende”, siger Günther.

Günter og Pernille er begge optaget af at tiltrække studerende til at forske i proteinkemi, fordi der er så stort behov for at forstå proteiners opførsel mere dybdegående, og efterspørgslen efter kandidater med den ekspertise er høj bioteknologi-branchen. Derfor har DTU Kemi oprettet en studielinje i proteinkemi, som Günther er studieleder for.