Wallenberg Academy Fellows

Simulerar hur influensavirus infekterar celler

De flesta blir friska från influensa på någon vecka, men virusen orsakar även många dödsfall varje år. Peter Kasson tar hjälp av molekylärbiologiska verktyg och avancerade datamodeller för att på atomnivå förstå hur influensavirus infekterar cellerna i vår kropp. Kunskapen kan leda till nya behandlingar.

– Trots att influensa har studerats länge finns det några grundläggande mysterier som vi inte förstår, berättar Peter Kasson när vi slår oss ned i SciLifeLabs ljushall.

Han har nyligen flyttat från University of Virgina i USA till Uppsala universitet och har inte riktigt hunnit få kontor och labb iordning.  

– Influensa är väldigt intressant att forska om eftersom det är så många människor som blir sjuka varje år. Virusen kan ibland också orsaka globala pandemier och dödsfall.

Med stöd från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse vill han ta nya steg i sin forskning om framförallt influensavirus, men arbetet handlar också om zikavirus, bakterier och läkemedelsresistens.

– Den gemensamma nämnaren i min forskning är molekylära fysiologiska processer och infektionssjukdomar.

Ser virusinfektion i realtid

Precis som våra celler har influensavirus ett membran, förklarar Peter Kasson. Detaljerna i infektionsprocessen, det vill säga hur virusmolekylerna tar sig in i cellen, involverar dessa två membran, och några proteiner som förändrar membranen.

– De molekylära detaljerna i de här processerna är väldigt små, bara hundra nanometer. Det är många molekyler, som inte är ordnade i en regelbunden form, och de har rörliga delar. Allt det här bidrar till att influensavirus är så svårt att studera.

Dessbättre har stora tekniska framsteg de senaste åren gett forskarna skarpare verktyg. Peter Kasson använder sig framförallt av fluorescensmikroskopi, där det är möjligt att i realtid se vad som sker med enskilda virus, samt komplexa datorsimuleringar av varje atom i infektionsprocessen.

­– Genom att sätta ihop experimentell data som beskriver virusets dynamik och struktur kan vi i simuleringar förutse beteenden i individuella virusceller. Men det är en stor utmaning att simulera något som bara är några nanometer stort och som sker under några mikrosekunder.

Utöver denna delikata arbetsuppgift ser Peter Kasson fram emot att prova några mer avancerade maskininlärningstekniker för att testa sina datormodeller.

– Jag vill se vad som händer om vi pushar viruset och ändrar några delar så att det inte fungerar lika bra – kan vi då förklara vad som sker. Det ska bli väldigt roligt.

Simulerade HIV på gymnasiet

Första gången Peter Kasson gjorde en datorsimulering av ett virus var på gymnasiet i North Carolina, USA.

– Jag var väldigt intresserad av datorer och min farbror, som är en duktig dataingenjör, sa ”om jag skulle börja min karriär nu, skulle jag satsa på biologi”. Så jag skapade enkla simuleringar av HIV-virus och dess interaktion med immunsystemet. Jag hade förmånen att få stöd av en professor vid Duke University.

Vägen var därmed utstakad. Peter Kasson läste datorvetenskap och biologi vid Stanford University och tog så småningom en kombinerad doktors- och läkarexamen. Den medicinska grunden är en tillgång i forskningen, även om han inte träffar patienter. 

– Det är bra att prata samma språk som läkarna och viktigt för att förstå hur stor skillnad det skulle göra för patienterna om jag löser ett specifikt problem.

Tvärvetenskaplig grupp

Efter en period som postdoktor på Stanford började Peter Kasson forska på University of Virginia. Under ett par år pendlade han också till Googles huvudkontor i Silicon Valley, där han var gästprofessor med tillgång till en stor mängd datortid för att göra sina simuleringar.

Peter Kassons forskning innehåller som sagt både biofysiska experiment och komplicerade datorsimuleringar. För att klara det krävs en tvärvetenskaplig forskargrupp. Forskarna är i dagsläget utspridda på University of Virginia, Boston och Stanford. Han har också tillgång till både nationella och internationella datorresurser.

Det blir en hel del resor för att koordinera arbetet, men så snart labbet på SciLifeLab är färdigställt kan han börja bygga sin bas i Uppsala.

– Det tar tid och tålamod att starta upp verksamheten i en ny miljö och ett nytt land, man behöver ofta hantera oväntade saker. Men det är också spännande. Det roligaste är att möta nya människor, nya idéer och möjligheter.

”Den support som Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse erbjuder till grundläggande och långsiktig forskning är verkligen fantastisk. Anslaget låter oss följa vetenskapen dit den leder oss och av den anledningen är det också så attraktivt för forskare som mig.”

Siktar på membranet

Vaccin räddar många liv, men i en enda infekterad person finns det hundratals olika muterade virus. Det gör det svårt att få fram behandlingar. Forskningen går dock framåt, bland annat sker en utveckling av antikroppar som riktar in sig på virusens gemensamma delar, berättar Peter Kasson.

– De flesta vacciner och mediciner siktar in sig på proteinet som sticker ut från membranet. Det finns andra läkemedel, utvecklade för andra sjukdomar, som kan ändra själva membranet. Vi försöker få en ökad förståelse för denna mekanism och hur det påverkar influensans infektionsprocess. Förhoppningen är att vår kunskap kan bidra till mer specifika och kraftfulla mediciner mot influensa i framtiden.

Text Susanne Rosén
Bild Magnus Bergström