Mikroskopiske motorer i mavesækken sendt til tjek

Disse pumper – som i virkeligheden er proteiner, der hver især kun måler cirka fem milliontedele af en millimeter – produceres i særlige celler i mavesækkens slimhinde.

Og pumpernes opgave er veldefineret: De skal pumpe syre – saltsyre – ind i mavesækken. Men hvor hårdt må pumperne egentlig knokle for at udføre deres job – og hvordan arbejder de?
Det er et spørgsmål, som blandt andet har betydning for en endnu mere detaljeret forståelse af fordøjelsessystemet, og det har optaget videnskabsfolk verden over de sidste 40 år. Først nu er det lykkedes at skaffe et svar, som netop er offentliggjort i form af en forskningsartikel i det videnskabelige tidsskrift e-Life.

Kortlægningen af de små pumpers arbejdsbyrde og detaljerede funktionsmåde er blandt andet finansieret af Lundbeckfonden. Forskningen er udført af lektor Himanshu Khandelia fra Institut for Fysik, Kemi og Farmaci ved SDU – i samarbejde med en række japanske kolleger.

Skal man – i lægmandstermer – forsøge at forklare, hvordan pumperne arbejder, er det som udgangspunkt nyttigt at tænke på, hvor surt maveindholdet er hos mennesker, siger Himanshu Khandelia:

Ph-værdien i vores mavesæk er på cirka en, mens den i resten af kroppen i gennemsnit er på cirka syv. Det er en meget stor forskel – syrekoncentrationen er cirka en million gange højere i maven end i resten af kroppen.

Og de små pumper – der også er nogle af verdens allermindste motorer – må arbejde så hårdt for konstant at pumpe nok syre ind i mavesækken, at man kan sammenligne dem med verdensklassebjergbestigere, forklarer Himanshu Khandelia:

”Visse – ikke alt for stejle – bjerge kan en trænet bjergbestiger nå toppen af, og fx medbringe to mindre tasker med det nødvendige udstyr. Men når man taler om Mount Everest og andre bjerge i den kategori, kan kun de allerbedste bjergbestigere nå toppen, og kun med meget begrænset oppakning”.

Den opgave, de små pumper i vores mavesæk udfører, kan faktisk godt sammenlignes med at nå Mount Everests top, fortsætter Himanshu Khandelia: ”For den repræsenterer en af de allermest krævende former for ion-transport gennem membraner, der finder sted i pattedyr-væv”.

Krystaller sladrede

Men hvad kan man egentlig bruge den nye viden til? Og hvordan kan man kortlægge en proteinstruktur, som kun måler fem milliontedele af en millimeter?

”I sig selv har det jo en betydning at kende biologiske mekanismer”, siger Himanshu Khandelia: ”Men når man ser på den mere praktiske anvendelse af vores opdagelse, så har den på sigt medicinsk potentiale, fordi ny viden om, hvordan de små pumper arbejder, kan tænkes ind i udvikling af ny medicin mod sygdomme, som har med fordøjelsen at gøre”.

Hertil kommer motor-analogien – altså det berettigede i at se de syrepumpende proteiner som nogle af verdens mindste motorer, siger Himanshu Khandelia:

”Og den analogi holder. Vi har at gøre med nano-motorer, og motorer i den størrelse arbejdes der med i en række forskningssammenhænge rundt om i verden. Her kan vores opdagelse også vise sig at have relevans”.

Kortlægningen af proteinstrukturen blev udført af Himanshu Khandelias japanske samarbejdspartnere, der kunne skabe et billede af de syrepumpende proteiners atomare struktur ved hjælp af krystallografi.

På basis af disse billeder og af biokemiske eksperimenter, der også blev udført i Japan, kunne Himanshu Khandelia via computersimulationer fastslå, hvordan de små syrepumpende proteiner arbejder.

Simulationerne – som Himanshu Khandelia udførte ved hjælp af to supercomputere, en på SDU og en i Schweiz – viste blandt andet, at pumperne kun kan transportere ét syremolekyle ind i mavesækken ad gangen, fortæller han:

“Præcis ligesom en verdensklassebjergbestiger kun kan bære én, ikke to, tasker helt op på toppen af Mount Everest”.