Kroppens minsta möten kan bana väg för framtidens läkemedel

– Vår forskning handlar om att förstå hur proteiner och DNA känner igen varandra. Genom att analysera miljontals variationer bygger vi ny kunskap som kan hjälpa oss att förstå hur sjukdomar uppstår, säger Emil Marklund, forskare vid Stockholms universitet.

Emil Marklund, biträdande universitetslektor och SciLifeLab Fellow, rekryterades till Stockholms universitet hösten 2023. Sedan dess har han byggt upp en forskargrupp med doktorander och postdoktorer inom biokemi, biofysik, bioteknik och datavetenskap. Tillsammans kartlägger de mekanismerna bakom molekylär igenkänning, en process som ligger till grund för i stort sett all biologisk funktion.
Forskningen går ut på storskaliga biokemiska analyser av proteiner och syftar till att utveckla en ny metod för att studera hur proteiner binder till varandra och till DNA. Traditionellt har forskare främst kunnat avgöra om två molekyler binder eller inte. Emil Marklunds metod går längre än så och gör det möjligt att mäta exakt hur stark bindningen är och hur små förändringar i proteinets uppbyggnad påverkar resultatet.
Genombrottet kom när Emil Marklund utsågs till en av framtidens forskningsledare av Stiftelsen för strategisk forskning. Utmärkelsen omfattar en ledarskapsutbildning och ett forskningsanslag på 15 miljoner kronor vilket har gjort det möjligt att bygga ut forskargruppen och skala upp arbetet.
– Finansieringen har varit avgörande för att vi ska kunna fortsätta och utveckla vår forskning om molekylär igenkänning.

Matematiska modeller
Kärnan i arbetet är att skapa och analysera ett mycket stort antal proteinvarianter, så kallade mutanter. Dessa placeras på en yta där deras interaktioner kan mätas parallellt i stor skala.
– Vi kan studera tusentals och på sikt hundratusentals eller till och med miljoner varianter samtidigt. Det ger oss en helt annan datamängd än tidigare, säger Emil Marklund.
Med hjälp av dessa data kan forskarna bygga matematiska modeller som beskriver hur dessa interaktioner fungerar. Målet är att kunna förutsäga hur en viss sekvens av aminosyror påverkar ett proteins funktion, något som i dag i stor utsträckning inte går att göra direkt från sekvensen. I förlängningen kan det ge svar på varför vissa molekyler binder effektivt medan andra inte gör det och hur evolutionen har optimerat dessa processer.

Framtida tillämpning
När igenkänningen mellan molekyler fungerar fel kan det leda till sjukdomar, som exempelvis cancer. En djupare förståelse för hur molekyler känner igen varandra kan därför bana väg för nya behandlingsmetoder.
– Det här är grundforskning men på sikt är målet att vår metod ska kunna bidra till utvecklingen av förbättrade proteinbaserade läkemedel. Genom att effektivare identifiera molekyler som binder till specifika mål i kroppen kan läkemedelsutvecklingen påskyndas och nya, mer riktade behandlingar bli möjliga, säger Emil Marklund.
Men vägen dit är lång. Projektet är tvärvetenskapligt och kräver att flera komplexa moment fungerar tillsammans, från laboratoriearbete och biokemi till avancerad dataanalys och modellering.

Steg för steg
Teknologiska framsteg har varit avgörande för att projektet överhuvudtaget ska vara möjligt. Metoder som DNA-sekvensering och gensaxen CRISPR har öppnat dörrar som var stängda för bara ett decennium sedan. Med hjälp av dessa verktyg kan forskarna nu arbeta i en skala som tidigare inte var möjlig.
Utvecklingen sker oftast steg för steg, där varje experiment bidrar med ny kunskap. Ibland sker dock större genombrott när flera delar faller på plats samtidigt.
– Oftast är det små förbättringar, men ibland får man ett experiment som verkligen fungerar och då känns det som ett stort kliv.
För framtiden hoppas Emil Marklund inte bara på vetenskapliga genombrott, utan också på att metoden ska kunna spridas utanför akademin.
– Målet är att utveckla en plattform som kan ta forskningen från labbet till läkemedelsindustrin och i förlängningen nå patienter. Men just nu drivs jag av nyfikenheten och viljan att förstå hur det hela fungerar på molekylär nivå, säger Emil Marklund.