Strategiska satsningar

Gigantisk kartläggning av människans maskineri

Det blev stora rubriker världen över när forskare 2001 kungjorde att de hade kartlagt vår arvsmassa; att de hade läst av ritningen för hur vi människor ska se ut. Svenska forskare har drivit denna kunskap ett steg längre. De har kartlagt alla proteiner; alla de kuggar i det mänskliga maskineriet som omvandlar genritningen till en verklig och fungerande kropp.

Sverige har en stolt tradition av att göra kartläggningar som är fundamentala för vetenskapen. På 1700-talet systematiserade Carl von Linné alla levande varelser; växter och djur. Han delade in dem i släkten, familjer och arter. Under 1800-talet tog kemisterna över. Med Jöns Jacob Berzelius i spetsen letade de efter nya grundämnen. Totalt 19 stycken av periodiska systemets 111 grundämnen har svenska forskare hittat.

Forskarna vid KTH, i Stockholm och från Science for Life Laboratory, SciLifeLab, i Solna och i Uppsala kan i fortsättningen infogas i den linjen. I det så kallade Human Protein Atlas-projektet har forskarna kartlagt varenda kugge i det mänskliga maskineriet; alla de proteiner som bygger och kontrollerar våra kroppar.

– Vi är nu färdiga med kartläggningen som i arbetsinsats motsvarar ungefär 1 000 manår, säger Mathias Uhlén, professor i mikrobiologi vid KTH och ledare av projektet som har pågått sedan år 2003.

I november 2014 presenterades huvudresultaten. De mer detaljerade resultaten publicerades sedan i en artikel i Science januari 2015. 

Proteinatlasen, som egentligen är en databas, är öppen för alla. Användarna av atlasen kan vara läkemedelsföretag som utvecklar nya mediciner, läkare som vill förbättra diagnostik av olika sjukdomar eller forskare som behöver en referens för att jämföra vävnader i sjuka och friska människor. Atlasen kommer att vara ett kraftfullt verktyg i kampen mot cancer, hjärt- och kärlsjukdomar och sjukdomar i nervsystemet.

Proteiner är livets verktyg

Mathias Uhlén var under 1990-talet involverade i kartläggningen av människans arvsmassa, det så kallade ”Human Genome Project”. Genom detta projekt identifierade forskare alla människans gener, cirka 20 000 stycken. Men detta är bara ritningen för hur en människa ska se ut. Varje gen innehåller en kod för hur aminosyror ska sammanfogas till ett protein. Det är sedan dessa proteiner som verkställer genernas budskap. Vissa proteiner fungerar som byggstenar, till exempel myosin och aktin i musklerna. Andra proteiner, så kallade enzymer, katalyserar kemiska reaktioner. Återigen andra fungerar till exempel som hormoner eller signalämnen, eller sitter i våra sinnen och läser av doft, smak och lukt.

 

För att till fullo förstå hur den mänskliga kroppen fungerar, behöver vi veta hur alla dessa proteiner samverkar. Mathias Uhlén började under 1990-talet fundera på om det gick att kartlägga de mänskliga proteinerna, på samma vis som man hade kartlagt alla gener.

– Vi började göra lite pilotförsök och 2002 presenterade vi våra tankar för Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, säger Mathias Uhlén.

De fick en första finansiering som följdes upp med ytterligare anslag. 11 år senare och efter anslag på totalt 900 miljoner kronor från Stiftelsen, var alla proteiner kartlagda. Atlasen innehåller 13 miljoner bilder på proteiner. En oväntad upptäckt i arbetet med proteinatlasen är att ungefär hälften av våra 20.000 proteiner är basproteiner som finns i alla celler i kroppen.

–  När vi startade projektet trodde vi att vi skulle hitta vad det är för njurproteiner som gör att njurar kan filtrera blod, och vad är det för proteiner i hjärnan som gör att vi kan tänka och liknande. Men vad vi ser är ett slags legobaserad bild, där vi har ganska få byggstenar som används överallt men i olika mängder, säger Mathias Uhlén.  

Ett samarbete över hela världen

Även om projektet drivs från Sverige, är många länder inblandade. Hela processen börjar med att forskare på KTH infogar delar av en mänsklig gen i en bakteries arvsmassa, oftast är denna gen aldrig studerad. Bakterien omvandlas då till en proteinfabrik. Med genen som ritning tillverkar den det okända proteinet. Detta skickas sedan iväg till Sydkorea eller till Kina. Där vaccineras kaniner med proteinet. Kaninerna producera då antikroppar som specifikt känner igen och kopplar till det okända mänskliga proteinet.

Dessa antikroppar är nycklar i projektet. Forskarna använder dem som ett slags molekylära metspön. De kopplar fluorescerande molekyler till antikropparna, så att de går att spåra, och sedan fiskar de efter det okända proteinet i vävnadsprover. Finns proteinet i hjärnan? I hjärtat? Eller kanske i njurarna? Och var i cellerna finns proteinet? I kärnan? På cellens yta? Eller bara lite överallt?

Själva letandet sker på tre platser i Sverige, i Solna, Uppsala och Lund. Tack vare fluorescensen från antikropparna kan forskarna ta bilder av var i vävnaderna olika proteiner finns. 

– Vi har hittills samlat 13 miljoner bilder. Varenda en av dessa har granskats manuellt av en patolog i Indien, säger Mathias Uhlén.

En databas med både frisk och sjuk vävnad

All information kring olika proteiner sammanställs och lagras i en öppen databas, www.proteinatlas.org, där den som vill kan ta del av kunskapen. Dessutom kan forskare, som själva behöver fiska i något prov, köpa antikroppar från projektet via företaget Atlas Antibodies AB:

– Vi skickar iväg ungefär 100 antikroppar om dagen och ungefär var tredje dag kommer det en publikation i vetenskapliga tidskrifter som baserar sig på data härifrån, säger Mathias Uhlén.

The Human Protein Atlas Projekt har också kompletterats med en rad sidoprojekt. Bland annat letar forskare efter proteiner som går att koppla till olika former av cancer, alzheimer, ledgångsreumatism, multipel skleros och en rad andra sjukdomar. De proteiner som ser extra spännande ut, cirka 50 stycken per år, offentliggörs aldrig via databasen. Dessa sparar forskarna för framtida studier som kan leda till ny spännande kunskap om hur kuggarna i människans maskineri samverkar. När forskare vet vilken kugge som fallerar, kan de lättare hitta metoder för att smörja maskineriet så att det återigen börjar rulla smärtfritt. 

Text Ann Fernholm
Bild Magnus Bergström