Århusianske forskere har som de første i verden afdækket hemmelighederne bag calciumpumpen. Succesen skyldes blandt andet et forbilledligt samarbejde mellem to videnskabelige traditioner.

AF HELGE HOLLESEN

En århusiansk forskertrio plantede den 11. juni i år en opsigtsvækkende milepæl i spalterne i Science – det amerikanske tidsskrift, som kun virkelig topforskning får adgang til.

I deres udforskning af livets helt grundlæggende byggesten kunne de tre forskere som de første i verden forklare, hvad der sker i den meget mindre end mikroskopiske pumpe, som er afgørende for, at vi og alle andre levende væsener overhovedet kan bevæge musklerne.

I Science forklarer forskerne fra Aarhus Universitet de første afgørende trin i den proces, der pumper calcium ind i en muskelcelle. Publiceringen i Science skete i tæt konkurrence med udenlandske forskere om at blive de første til at afdække hemmelighederne bag de såkaldte ionpumper, der regulerer koncentrationen af livsnødvendige salte i celler. Dermed markerer de århusianske forskere sig som førende deltagere i et forskningsområde, hvis betydning understreges af, at Science offentliggjorde deres arbejde endog meget hurtigt.

En kunst for de få

Et øjeblik af åbenbaring, siger molekylærbiologen, lektor Poul Nissen, om den dag, hvor alle ender mødtes, og forskergruppen fandt frem til de simple mekaniske træk, der får en helt basal livsproces til at folde sig ud.

Ud over Poul Nissen står professor Jesper Vuust Møller og forskningsadjunkt Thomas Lykke-Møller Sørensen bag det dette gennembrud i forskningen, der hænger direkte sammen med, at de som den første forskergruppe i Danmark har fundet struktur på et membranprotein. Kun få forskere i verden mestrer den kunst.

– Når vi nu forstår de strukturelle og mekanistiske principper i de livsnødvendige pumper, er det også muligt at udnytte den viden målrettet både i medicinsk og nanoteknologisk forskning. Det er et første skridt på vej mod bedre medicin og et stort teknologisk fremskridt for os, forklarer Poul Nissen og understreger, at forskere fra mange andre felter kan drage nytte af den nye indsigt i, hvordan ionpumper fungerer.

– Det er et klassisk eksempel på grundforskningens betydning. De nye impulser kommer fra den, men som i al anden grundforskning kan vi endnu ikke sige, hvilken betydning, den i fremtiden kan få i et anvendt perspektiv, supplerer Jesper Vuust Møller.

Forklaringen på succesen tilskriver de tre forskere deres forbilledlige samarbejde, hvor to videnskabelige traditioner – biokemi og strukturel biologi – har spillet en afgørende rolle. Og ikke mindre væsentligt den nødvendige tid og ro, som penge kan give.

Genstridige proteiner

De kom, da Poul Nissen i 2000 fik et fireårigt Ole Rømer-stipendium fra Statens Naturvidenskabelige Forskningsråd. Han opholdt sig på det tidspunkt ved Yale University i USA, hvor han var tilknyttet den forskergruppe, som samme år løste et af videnskabens store “høne eller æg først?”- spørgsmål, da de fastslog, at RNA kom før proteinerne i livets tidlige begyndelse.

Når det lykkedes at svare på det spørgsmål, skyldtes det den såkaldte røntgenkrystallografi, som gør det muligt at skabe tredimensionelle billeder af biologiske makromolekyler.

Erfaringen fra den succesfulde forskning, der også fastlagde den rumlige placering af de 200.000 atomer i i cellens proteinfabrik – ribosomet – gav Poul Nissen mod på nye udfordringer. Han ville tilbage til Århus for at styrke den hjemlige indsats inden for strukturbiologien og skabe et gennembrud i udforskningen af membranproteiner – herunder ionpumper – som er involveret i alle aspekter af cellernes indbyrdes kommunikation. De proteiner har afgørende medicinsk betydning, men er samtidig mere genstridige at arbejde med for forskerne.

– At få forskning i gang på det område kræver år, ro og tillid i ryggen, fastslår Poul Nissen. Med stipendiet var de betingelser opfyldt, og for Poul Nissen lå det også lige for, hvem der skulle indgå i forskergruppen på Molekylærbiologisk Institut ved Aarhus Universitet.

Populært sagt krævede det nogle kokke med næse for krydring og stegetider – og dertil en bonde, som kunne levere druerne til en topvin.

I Skous spor

Rollen som vinbonde lå lige til professoren. Med 30 års forskning i ionpumper ved Det Sundhedsvidenskabelige Fakultet tegner Jesper Vuust Møller en linje tilbage til den forskning, som i 1997 gav professor Jens Chr. Skou fra Aarhus Universitet Nobelprisen i kemi. Som Skou, der forsker i natrium-kalium-pumpen, er han også interesseret i ionpumper, der har afgørende betydning for nerveceller og nyrefunktionen, og han har udforsket den beslægtede muskelstyrende calciumpumpe, som de tre forskere nu har “tegnet og forklaret”.

Og så kunne Jesper Vuust Møllers laboratorium på Institut for Biofysik forsyne gruppen med de stabile præparationer af calciumpumpen fra kaniner, der er forudsætningen for et godt resultat.

Århus kalder

Hardcore biokemiker kalder Thomas Lykke-Møller Sørensen sig selv. Han skiftede dog fakultet fra naturvidenskab til sundhedsvidenskab for at lave sin ph.d.-afhandling om netop calciumpumpen, men under sin forskeruddannelse fik den nu 34-årige forskningsadjunkt interesse for at arbejde med proteiners strukturer. Det førte til et postdoc-ophold ved universitetet i Oxford, hvor han fik en grundlæggende indsigt i strukturel biologi og erfaring med at lave krystallografi af membranproteiner. Den kunne Poul Nissen – hans tidligere tutor – bruge hjemme i Århus, hvor udfordrende projekter ventede. Og de gik begge med ideer til, hvordan velkendte og nye biokemiske data kan forstås ud fra de strukturelle data, som krystallografien forsyner forskerne med.

Suppleret med den nok så vigtige bistand fra laboranterne Bitten Holm og Birte Nielsen på Biofysisk Institut og Charlotte Lauridsen på Molekylærbiologisk Insititut kastede de tre forskere sig i januar 2001 ud i udforskningen af ionpumper. Selv om japanske forskere allerede havde publiceret en struktur af calciumpumpen, valgte forskertrioen samme pumpe. Dels har Jesper Vuust Møller både indsigt og ry i udforskningen af netop dette protein, dels er det forholdsvis enkelt at have med at gøre i forhold til for eksempel natrium-kalium-pumpen. Og japanerne havde endnu ikke leveret en afgørende forklaring på, hvordan pumpen transporterer calcium.

Alle mand til pumperne

- Vores mål var at levere den forklaring og ikke “bare” et engangsbillede af pumpen, fortæller Thomas Lykke Møller Sørensen, der som ung “omskolet” forsker har deltaget i projektet uden det pres for publicering, som mange unge forskere er underlagt.

– Med denne artikel på mit cv bliver det forhåbentlig nemmere, når jeg nu skal til at etablere mig som forsker, siger han.

For godt et år siden kom de første lovende resultater, og så skulle alle mand bogstaveligt talt til pumperne. De samme resultater var også med til bane vejen for det Center for Strukturel Biologi, der med støtte fra forskningsrådet blev etableret som forskningscenter ved instituttet for et års tid siden under ledelse af Poul Nissens læremester, lektor Jens Nyborg. Med centret har Aarhus Universitet fået mulighed for at styrke sin internationale position i den strukturbiologiske udforskning af, hvordan genetisk information bliver omsat til levende biologi, og hvordan cellerne kommunikerer med hinanden via membranproteiner.

Flere pumper venter

Ånden fra de tre musketerer har præget samarbejdet i gruppen, mener Poul Nissen.

Og Jesper Vuust Møller fremhæver den gode kemi, der i mere overført betydning har hersket mellem ham og de to yngre forskere.

– Den er en meget afgørende faktor. Det handler om tillid til hinanden og tillid til hinandens kompetencer, siger senioren, der i processen overbeviste de “unge” om fordelen ved at bruge proteiner fra kaniner frem for den højteknologiske kloning af proteiner, som efterfølgende overføres til

mikroorganismer.

– Mange andre projekter peger i retning af at bruge de mere klassiske metoder i den videre udforskning af membranproteiner, siger Poul Nissen. Sammen med kollegerne skal han nu i gang med at finde yderligere svar på, hvordan calcium transporteres væk fra muskelcellen og får den til at slappe af.

De tre forskere har fået en tro på, at de også kan gøre fremskridt i udforskningen af andre pumper i membranen. Øget indsigt i dem vil have stor relevans i udvikling af mere effektiv medicin.

– Forskningen viser, at Danmark også kan være med, fastslår Poul Nissen.

– Men perspektivrige bevillinger er alfa og omega. Det er nødvendigt at kunne fokusere gennem flere år, for det er meget vanskelige projekter at gennemføre. Først nu har det været muligt at give sig i kast med dem herhjemme, og vi håber da, at der også fremover er penge til at lignende store projekter.