Spejlvendt liv bliver ny medicin
Mange molekyler har en spejlvendt tvilling, der i værste fald kan give medicin katastrofale bivirkninger. Nu vil forskere udnytte de omvendte molekyler til at skabe lægemidler med unikke helbredende egenskaber.
I 1959 begyndte kvinder i stort tal at føde børn med deforme arme og ben. I de følgende to år kom mere end 10.000 misdannede spædbørn til verden i 46 lande.
Det stod hurtigt klart, at de mange ulykkelige mødre havde én ting tilfælles: Under graviditeten havde de alle dulmet morgenkvalmen med thalidomid. Lægemidlet blev straks taget af markedet, men først flere år senere forstod forskerne, hvad der var årsag til katastrofen.
Kvalmepillerne indeholdt to forskellige udgaver af thalidomid, der var hinandens spejlbilleder.
Den ene virkede efter hensigten og gav kun mindre bivirkninger, mens den anden greb ind i fosterets udvikling og medførte de alvorlige misdannelser.
Sidenhen er det blevet klart, at mange andre lægemidler har en spejlvendt tvilling, og nogle af dem har unikke og ofte nyttige egenskaber. Det vil læger og forskere nu udnytte til at udvikle ny og bedre medicin, der eksempelvis har færre bivirkninger eller virker i kroppen i længere tid.
Mange børn blev født med misdannelser, fordi deres mødre havde taget thalidomid mod kvalme. Årsagen var en spejlvendt udgave af det aktive molekyle.
Men nogle forskere sigter endnu højere: De vil skabe nye organismer, som fra inderst til yderst er et spejlbillede af det liv, vi normalt kender.
Forskere vil spejlvende enzymer
Ligesom vores hænder er spejlbilleder af hinanden, findes mange molekyler også i to spejlvendte udgaver. De har nøjagtig den samme kemiske formel, men hvor et atom i den ene udgave stikker ud til højre, stikker det ud til venstre i den anden udgave.
Ved almindelig kemisk fremstilling er det ikke muligt kun at producere den ene version af molekylet. Hvis stoffet bruges som medicin, skal lægerne derfor være opmærksomme på, at de to udgaver kan have vidt forskellige virkninger, som det var tilfældet med thalidomid.
Et andet eksempel er bedøvelsesmidlet ketamin, hvor den ene form har den ønskede medicinske virkning, mens dens spejlbillede giver alle bivirkningerne i form af hallucinationer og uro.
Molekyler er spejlinger af hinanden
Mange biokemiske molekyler kan eksistere i to udgaver. Ligesom vores hænder er de spejlbilleder og kan aldrig komme til at matche hinanden fuldstændig, uanset hvordan de vendes eller drejes.
De to molekyler øverst på illustrationen er hinandens spejlbilleder, fordi det røde og det grønne atom sidder omvendt på dem – ligesom tommel- og lillefinger sidder omvendt af hinanden på vores to hænder.
I naturen finder man næsten altid kun den ene udgave af den slags molekyler og aldrig dens spejlbillede. Biologiske processer er nemlig meget afhængige af molekylernes form, fordi deres forskellige dele skal passe til bestemte dele af fx et enzym.
På illustrationen passer den retvendte udgave af molekylet (tv.) ind i enzymet, men i den spejlvendte udgave passer det grønne atom ikke.
For andre stoffers vedkommende kan begge de spejlvendte udgaver have en gavnlig virkning – fx dulmer den ene version af propoxyfen smerter, mens den anden lindrer hoste. Derfor er der store medicinske muligheder i at studere spejlvendte molekyler.
Langt de fleste biokemiske reaktioner i kroppen er helt afhængige af molekylernes rumlige form. De udføres nemlig af enzymer, og molekylerne skal have en bestemt form, for at enzymerne kan gribe fat i dem.
Derfor kan to spejlvendte udgaver af et molekyle opføre sig helt forskelligt i kroppen.
54 forskellige proteiner og tre lange rna-molekyler udgør ribosomet, som forskere er i gang med at spejlvende.
Mens kemisk fremstilling af molekyler altid producerer begge spejlvendinger, laver kroppens enzymer kun den ene.
Det gør det ekstremt interessant at bruge enzymer som “maskiner” til at fremstille lægemidler, fordi forskerne kan styre, hvilken version af molekylet der kommer ud af processen.
Men hvis enzymet skal producere den anden udgave af et molekyle, end det naturligt gør, må man først spejlvende selve enzymet.
Den udfordring er biologen Ting Zhu fra Westlake University i den kinesiske by Hangzhou godt i gang med at løse. Hans mål er at udvikle en universel metode, så forskerne nemt kan spejlvende et hvilket som helst enzym.
Enzymer er proteiner, og de fremstilles af cellernes proteinfabrikker, de såkaldte ribosomer.
Opskriften på et protein ligger i den genetiske kode, og når proteinet skal dannes, bliver genets dna først oversat til rna, som ribosomet bruger til at bygge proteinet.
Ribosomet producerer protein (lodret streng) ved at aflæse en opskrift i form af rna (vandret streng). Nu vil forskere spejlvende rna og ribosom for at skabe ny medicin.
Ting Zhus ambition er at konstruere et spejlvendt ribosom og fodre det med spejlvendte rna-opskrifter og derved fremstille spejlvendte enzymer, som kan bygge spejlvendte molekyler.
Spejlvendt liv spiser specialkost
Projektet er ekstremt ambitiøst, for ribosomer er meget komplicerede konstruktioner, som består af 54 forskellige proteiner og tre meget lange rna-molekyler, der er viklet ind i hinanden.
Men i slutningen af 2022 nåede den kinesiske forsker den første milepæl i det store arbejde, da det lykkedes ham at fremstille de tre spejlvendte rna-molekyler, som tilsammen udgør omkring to tredjedele af hele ribosomet.
Den kommende spejlvendte proteinfabrik vil ikke alene kunne skabe spejlvendte enzymer, som kan producere nye, spejlvendte lægemidler. Den kan også skabe spejlvendte udgaver af andre proteiner som fx antistoffer og hormoner, der i sig selv kan bruges til behandling.
Ud over selve virkningen er der et andet vigtigt perspektiv ved spejlvendte lægemidler. Spejlvendte stoffer kan nemlig virke i kroppen i længere tid, fordi leverens enzymer har sværere ved at koble sig til dem og nedbryde dem.
Omvendt medicin snyder kroppen
1. Forskerne spejlvender opskriften
For at fremstille spejlvendte lægemidler starter forskerne med den genetiske opskrift på proteinet i form af et rna-molekyle. Molekylet er en lang kæde af såkaldte baser, der allesammen er spejlbilleder af de normale udgaver.
2. Cellen bygger omvendte proteiner
Små fabrikker i cellerne, de såkaldte ribosomer, bygger proteinerne ud fra opskriften i rna-molekylet. Forskerne spejlvender hele ribosomet, så det kan forstå den spejlvendte opskrift og omsætte den til et spejlvendt protein.
3. Nedbrydende enzymer passer ikke
Almindelige proteiner har en form, som kroppens nedbrydende enzymer genkender, så de kan gribe fat i dem og klippe dem i stykker. Men de spejlvendte proteiner passer ikke ind i enzymernes form og holder derfor længere i kroppen.
Genetikeren George Church, der er ekspert i syntetisk liv ved Harvard Medical School i Boston, vil ikke nøjes med spejlvendte lægemidler. Hans drøm er at skabe hele organismer, hvor alle molekyler er spejlbilleder af dem, vi kender fra andre livsformer.
Hvordan sådan en organisme vil fungere i vores verden, har selv George Church svært ved at forestille sig.
Den vil næppe kunne skaffe sig næring ved at spise naturligt forekommende dyr og planter, fordi deres molekyler er spejlbilleder af dens egne og derfor ikke kan fordøjes eller optages. Til gengæld vil den spejlvendte organisme være beskyttet mod smitte fra alle kendte virus og bakterier, som ikke er i stand til at angribe dens spejlvendte molekyler.
Ud over det videnskabeligt fascinerende vil spejlvendte organismer også have en vigtig mission: De kan måske fremstille spejlvendte lægemidler med mirakuløse egenskaber, vi dårligt kan forestille os i dag.