Nobelpristagares AI-metoder ger skjuts åt Uppsalakemisters forskning

– Vi har identifierat molekyler som kan utvecklas till läkemedel för behandling av schizofreni och psykos, säger Jens Carlsson, professor i beräkningsbiokemi.

Årets Nobelpris i kemi går till upptäckter som visar hur nya proteiner kan byggas och hur deras strukturer kan förutsägas med hjälp av artificiell intelligens (AI). Den ena pristagaren, amerikanen David Baker, lyckades 2003 designa ett nytt protein med en innovativ 3D-form. Hans labb har därefter visat hur man kan utveckla proteiner som kan användas som läkemedel, vaccin, nanomaterial och minimala sensorer.

De andra pristagarna, Demis Hassabis och John Jumper från Google DeepMind, Storbritannien, presenterade 2020 AI-modellen AlphaFold. Tack vare den går det nu att förutspå proteiners komplexa strukturer med hög noggrannhet. Samma AI-verktyg används idag även på Jens Carlssons labb på institutionen för cell- och molekylärbiologi.

– Genom experiment så har forskare lyckats ta fram ungefär 200 000 proteinstrukturer under de senaste 60 åren. AlphaFold kompletterar nu detta arbete genom att skapa modeller för ytterligare 200 miljoner proteiner, vilket kommer vara en fantastisk tillgång för oss, säger Jens Carlsson.

Skapar molekyler som kan bli läkemedel

Nästa steg är att lista ut hur proteinerna fungerar med hjälp av strukturerna. För att avgöra om ett protein kan binda en viss läkemedelsmolekyl så är det mycket användbart att känna till dess struktur. Där är Jens Carlssons mångåriga forskning på datorsimuleringar och receptorproteiner en stor tillgång. Ett protein består av en kedja uppbyggd av 20 olika aminosyror som veckas ihop till en tredimensionell struktur, som beror på i vilken ordning aminosyrorna är sammankopplade.

I somras publicerade Jens Carlssons forskargrupp en studie där de med hjälp av AlphaFold skapat en modell av receptorn TAAR1:s okända tredimensionella struktur.

– När vi jämförde våra modeller skapade av AlphaFold med experiment visade det sig att strukturerna som genererats av AI var oerhört bra. Våra forskarkollegor vid Karolinska Institutet har också visat att de läkemedelsmolekyler som vi skapat med hjälp av modellen är lovande startpunkter för utveckling av läkemedel mot schizofreni, säger Jens Carlsson.

Tredimensionella molekyler avbildas i datorn

Nu väntar möten med investerare för att se hur långt projektet kan nå. Förhoppningen är att starta ett företag som kan förbättra molekylerna och i förlängningen utveckla ett nytt läkemedel. Men den grundläggande forskningen utför Jens Carlsson och de andra beräkningskemisterna på SciLifeLab med datorer som sina främsta arbetsredskap.

På en av datorskärmarna har doktoranden Alejandro Díaz-Holguín tagit fram spiralformade, tredimensionella modeller av TAAR1-receptorn i blått och lila. Däremellan skymtar atomer, sammanlänkade av bindningar så små som 0,0000000001 meter som tillsammans bildar en molekyl som binder till receptorn.

Vad är det ni vill uppnå i er forskning?

– Vårt mål är att hitta molekyler som kan användas i experiment för att slå på och av receptorer. När du får en adrenalinkick så är det molekylen adrenalin som aktiverar en receptor. Vi vill hitta sådana molekyler till alla de hundratals receptorer som finns i kroppen, och vi har ännu ingen aning om vad många av dem faktiskt gör. Eftersom 30 till 40 procent av alla läkemedel binder till receptorer så är de jätteviktiga för vår hälsa. Utifrån den kunskapen skulle vi kunna utveckla läkemedel för många sjukdomar, säger Jens Carlsson.

Anneli Björkman