Pristagare inspirerade av evolutionen

Årets pristagare har alla inspirerats av evolutionens kraft och i sina laboratorier använt samma principer som naturen gjort under miljarder år. Genom genetiska förändringar och selektion har forskarna utvecklat proteiner och enzymer för att lösa människans kemiska problem.
Först upp på scenen för att förklara detta komplicerade skeende var George P. Smith som 1985 utvecklade en metod som kallas fagdisplay och kan användas för att ta fram nya proteiner.

– Proteiner finns överallt både omkring oss och i oss, sade George P. Smith.
För att få fram proteiner på kemisk väg har han använt sig av bakteriofager, virus som infekterar bakterier. Gemensamt för alla sorters fager är att de består av en liten bit arvsmassa inkapslad i ett hölje av skyddande proteiner.

Använt särskild fag

I sitt arbete har George P. Smith använt sig av en särskild fag som kallas Filamentous på grund av sin trådliknande form.

– Filamentousfagen är en mikrometer lång och sex nanometer bred. Den är alltså extremt tunn, påpekade Smith.

Filamentousfagens infektionscykel börjar med att den fäster på den bakteriecell den ska smitta. Inom loppet av en minut har fagens kromosom, vilken innehåller virusets DNA samt viruskapselns proteiner, trängt in i bakteriecellen utan att döda den.

Det som händer därefter är att fagens kromosom återskapas och bildar massor av kromosomer i sin värdcell. Dessa kromosomer med virus sprutas sedan ut ur den infekterade bakteriecellen. Viruskopiorna smittar därefter andra icke- infekterade bakterieceller. Förloppet kan pågå i det oändliga.

Modifierar DNA

Det är för sin fagdisplay George P. Smith belönats. Under sitt sabbatsår vid Duke University i North Carolina 1983 upptäckte Smith att det gick att infektera bakterieceller med ett helt främmande fag- DNA som innehöll olika genetiska koder man inte visste något om. Det Smith gjorde var att klona gener vilket var nytt vid den här tiden.

Tanken var att forskare med hjälp av fager skulle kunna hitta de okända gener man sökte efter och som var kopplade till vissa kända proteiner. Smith tänkte vidare att man skulle kunna använda antikroppar för att hitta proteinerna. Antikroppar kan ju skilja ut allt som är främmande och med stor precision kan de hitta exakt det protein man letar efter.

Revolutionerande upptäckt

Fagdisplayen var revolutionerande eftersom forskare nu kunde klona okända gensekvenser. Tekniken lade också grunden för Gregory P. Winters forskning om den riktade utvecklingen av antikroppar. För att forska fram nya läkemedel baserade på antikroppar har han använt just Smiths fagdisplay.
2002 godkände FDA den första humana antikroppsterapin, adalimumab, mer känt som Humira för behandling av ledgångsreumatism. Sedan flera år används läkemedlet även för andra inflammatoriska sjukdomar, som Chrons sjukdom och ulcerös kolit.

Antikroppsterapi är det vi idag kallar immunterapi och har genom att utnyttja kroppens eget immunsystem förmågan att blockera sjukdomsprocesser som bland annat cancer och inflammationer.

Immunförsvaret vidareutvecklat av människan

Gregory P. Winter sade, när han tagit plats på scenen, att även om vi utrustats med ett immunsystem som ska försvara oss mot infektioner så är det människan som vidareutvecklat läkemedel för behandling av sjukdomar som inte är kopplade till infektioner.

– De är ”man made”, sade han.

– Utvecklandet av antikroppar för att behandla sjukdomar har varit banbrytande för läkemedelsindustrin, fortsatte han och visade en bild på de bäst säljande läkemedlen 2016. På listan fanns bland annat Humira samt cancerpreparaten Avastin och Herceptin.

– Tidigare dominerades läkemedelsindustrin av mediciner baserade på kemikalier. Så är det inte längre. Idag är det antikroppar som gäller, sade Gregory P. Winter.

Men att framställa läkemedel av antikroppar har inte varit helt lätt.
Själv ägnade Winter lång tid av hårt arbete för att förstå hur det skulle gå till. Det var först när han hörde talas om Smiths fager som han förstod att dessa skulle kunna vara lösningen.

– Genom att klona fagerna lyckades vi isolera bindemedel till en mängd olika antigener, förklarade Winter.

Det krävdes dock ytterligare forskning innan han lyckades utveckla mänskliga terapeutiska antikroppar, där den stora succén varit fag-antikroppen Humira.

Inspirerad av naturen

Siste kemipristagaren upp på scen var Frances Arnold som inledde sin föreläsning med att berätta hur hon inspirerats av naturen för att skapa framtidens kemi.

– Vem gör denna fantastiska kemi, frågade hon och svarade själv att det är enzymerna. De är otroliga molekylmaskiner som katalyserar alla reaktioner i världen.

– Jag inspireras också av processen hur naturen använder evolutionen för att åstadkomma enzymer, fortsatte hon.

Skapar mångfald

Evolution är en maskin som skapar mångfald. Det är en algoritm av mutationer och naturliga urval som talar om hur allt ska anpassas, optimeras och förnyas. Evolutionen har skapat allt liv vi ser omkring oss, sade hon.
När Frances Arnold själv ville bygga nya enzymer och proteiner förstod hon inte hur DNA-sekvenser och koder fungerade för att hon skulle kunna designa tillförlitliga sådana.

– Det förstår vi fortfarande inte. Det är därför jag vänder mig till naturens processer.

I det arbetet har hon varit lyckosam. Genom att använda naturens principer genomförde hon 1993 den första riktade evolutionen av enzymer, proteiner som framkallar kemiska reaktioner.

I naturen är evolutionen en långsam process. Men Arnold har lyckats snabba på den. Dessutom har hon och hennes forskarteam lyckats utveckla enzymer som inte existerar i naturen.

Idag används Arnolds enzymer bland annat för tillverkning av både läkemedel, förnybara bränslen och andra mer miljövänliga substanser.

– I framtiden vill jag göra ännu bättre enzymer och proteiner för att lösa människans problem och jag tror att lösningen finns i naturen.