Närkontakt på molekylnivå

Hur ska vi kunna förstå det vi inte kan se? Biokemisten Lena Tibell tar ny teknik till hjälp i ett tvärvetenskapligt projekt om kommunikation av molekylär livsvetenskap.(2009-03-11)

Livets byggstenar är ena jättar till molekyler, men ändå mindre än en vanlig ljusvåg. Vi kan alltså inte se dem hur mycket vi än förstorar. De krafter som håller ihop atomerna i en molekyl är extremt obetydliga. Alla signaler befinner sig på en helt annan skala än den vi kan uppfatta. Hur ska vi då kunna förstå hur det ser ut och fungerar i detta mikro- och nanokosmos?

Dagens naturvetenskapliga läroböcker är fulla av bilder. Utvecklingen i samhället går i samma riktning, vi kommunicerar alltmer med bilder, särskilt kring abstrakta ting som är svåra att beskriva i ord. Som biokemist har Lena Tibell funderat över bildernas för- och nackdelar.

– Dels finns det bilder som i och för sig är korrekta, men bara fungerar inom en grupp av invigda. Sedan finns det modeller som fyllehunden, som man kan förstå men som samtidigt kan leda tanken helt fel, säger Lena Tibell.

Hon berättar om en student som hade toppresultat på biologiproven, men som fått en illustration av citronsyracykeln (som schematiserar kroppens energiomsättning) helt om bakfoten. Studenten trodde att processen faktiskt gick runt i en cirkel i buken och släppte ut de energirika ATP-molekylerna i benen ...

Nu rör sig de flesta skolelever och universitetsstuderande hemtamt i en virtuell verklighet. Den nya medietekniken öppnar möjligheter att skapa sannolikt naturtrogna, tredimensionella modeller där användaren kan vara medaktör och inte bara en passiv betraktare.

Sådana här saker har rört sig i huvudet på Lena Tibell under många år. Sedan 2003 har hon haft medel att forska om dem och hösten 2008 fick hon igenom ett stort tvärvetenskapligt projekt hos Vetenskapsrådet, Visualiseringar som meningsskapande verktyg för kommunikation av molekylär livsvetenskap. I projektet medverkar biokemister, visualiseringsexperter, lingvister, medietekniker och ämnesdidaktiker.

I centrum står proteinerna: deras struktur, egenskaper och funktion. En del handlar om hur tecken och symboler förstås och skapar mening. I den andra delen utvecklas en avancerad datormodell som illustrerar hur en ligand – en liten funktionell molekyl, till exempel ett läkemedel – dockas in i ett enzym. Modellen är skapad i virtuell verklighet och återger inte bara den tredimensionella strukturen utan också de krafter som verkar mellan atomerna.

– Det kallas haptik och gör det möjligt att interagera med en modell och känna dess krafter och strukturer, något som används till exempel vid teleoperationer och träning av piloter och astronauter, säger Lena Tibell.

I hennes projekt har studenter i masterkursen Biomolekylära interaktioner fått testa modellen. Iförda 3D-glasögon och med en sorts joystick i handen har de gått in i rollen som ligander som söker sig in i enzymet. Med verktyget i hand kan man stryka över enzymets utsida och känna på de attraktiva och repulsiva krafter som orsakas av atomernas elektrokemiska laddningar.

Systemet kallas Chemical Force Feedback och är utvecklat av Petter Bivall Persson, doktorand i vetenskaplig visualisering vid LiU Norrköping. Proteinstrukturen hämtas från Proteindatabanken som innehåller kalkyler av laddningar och spänningsfält i molekylerna. Med hjälp av detta kan kraften som verkar på en partikel i varje punkt beräknas.

Forskningen syftar främst till att studera hur just känseln påverkar förståelsen, i det här fallet av hur molekyler känner igen varandra och växelverkar.

De preliminära resultaten visar att modellen verkligen var till nytta för studenterna. Haptiken lyckades förmedla att igenkänning är en dynamisk och slumpmässig process. De flesta tyckte också att det var roligt att jobba med modellen.

Text & foto: Åke Hjelm

LiU magasin nr 3 2009
(2009-03-11)