2018 års Nobelpris i kemi

”De har bemästrat evolutionens kraft [...]

[...] Evolutionens styrka syns i livets mångfald. 2018 års Nobelpristagare i kemi har tagit kontroll över evolutionen och nyttjat den för ändamål som gör största nytta för mänskligheten.”

Så inleddes pressmeddelandet från Kungliga Vetenskapsakademin när årets Nobelpris i kemi tillkännagavs nyligen. Tre forskare som alla var väl förtjänta att belönas med denna utmärkelse fick dela på årets prissumma en miljon dollar. De var Frances H. Arnold, George P. Smith och Sir Gregory P. Winter. Eftersom pressmeddelandets formulering främst syftade på kemiingenjören Frances Arnolds forskning inom enzymkemin¹ ska vi titta lite närmare på just den.

Arnold underströk forskningsresultatens koppling till evolutionsteorin när hon valde att avsluta sitt tal på Nobeldagen 19 december med att utbringa

”en skål för evolutionen”

... och tillade:

”Må vi använda den väl.”

Akademins dokument med populärvetenskaplig information om priset instämmer i hyllningen av evolutionen genom formuleringar som:

”Vi lever på en planet där en mäktig kraft har fått fäste: evolutionen”

... och:

”Livet på jorden finns eftersom evolutionen har löst en mängd komplexa kemiska problem.”

Men det hela är faktiskt inte så lite ironiskt. Det vore långt relevantare att säga att årets Nobelpris i kemi gick till en vetenskapsman (kvinna) som med sin forskning visade på den ”mäktiga kraften” i intelligent design – nödvändigheten av en Skapare bakom livet!

Låt mig förklara varför.

Först en bakgrund till det som gav Arnold del i utmärkelsen:

Enzymer är en grupp av proteiner – långa kedjor av hundratals, ibland tusentals, aminosyror. De kan liknas vid långa pärlhalsband där pärlorna – aminosyrorna - har tjugo olika färgnyanser. I verkligheten är det den kemiska sammansättningen av aminosyrorna, inte deras färg, som skiljer dem från varandra. Beroende på ordningen av aminosyrorna (som bestäms av deras recept i DNA) kommer de långa proteinkedjorna att bilda täta nystan av en väldigt specifik form - en form som sedan bestämmer deras funktion i den levande cellen. Alla cellens kemiska processer samordnas genom ett samspel av upp emot tusen olika enzymer – var och en med sitt speciella ”favoritområde” av kemiska reaktioner, somliga mer specialiserade än andra. Deras samspel möjliggör livet.

Enzymer med olika funktion har nästan alltid väldigt olika kemisk struktur. Experimentell forskning² visar att en passande bild är att likna dem vid små ögrupper i en svindlande stor ocean. Ett enzym kan förändras inom vissa gränser inom den egna ögruppen, men att genom mutationer förvandla ett enzym inom en ögrupp till ett inom en annan ögrupp (stabil grundstruktur av enzymet/proteinet) är ungefär lika sannolikt som att med förbundna ögon hitta en viss enskild atom i en miljard galaxer som vår egen Vintergata. Det vill säga i praktiken uteslutet med god marginal.

En slumpmässig förändring av receptet i DNA – en mutation – får som regel till konsekvens att en aminosyra byts ut mot en annan i enzymet, vilket oftast leder till att enzymets aktivitet påverkas, vanligen till det sämre i den levande cellen.

För industriell användning, som exempelvis vid tillverkning av olika kemikalier som läkemedel och förnybara energikällor, behöver man enzymer som är robustare än de naturliga. Ett vardagsexempel är enzymer som klarar att fungera vid onaturligt höga temperaturer och i närvaro av starkt basiska ämnen i en tvättmaskin.

Eftersom det är extremt svårt – eller med vår nuvarande kunskap i praktiken omöjligt – att på förhand räkna ut hur en ändrad aminosyra påverkar ett enzyms form och egenskaper, så arbetade Frances Arnold fram en metod att låta bakterier skapa miljontals olika muterade varianter av ett visst enzym. Bakterier (och även virus och vissa celler i människans immunförsvar är kända för att utnyttja mutationer som ett sätt att skapa mångfald och därmed öka organismens överlevnadschanser. Hos mer komplexa organismer, inklusive människor, är mutationer, i praktiken alltid mer eller mindre skadliga³. Det finns sätt att öka en bakteries benägenhet för mutationer tusenfaldigt eller rentav miljonfaldigt, och det är givetvis en fördel när man vill skapa varianter av ett enzym och välja ut det som är bäst för det syfte man har. Genom en sådan metodik lyckades Arnold efter tre selektionsomgångar få fram ett enzym som hade 256 gånger bättre effekt än ursprungsenzymet.

Detta är imponerande och det är med all rätt som Kungliga Vetenskapsakademin avslutar sin redogörelse med att detta kan innebära ”grunden för en revolution inom kemin”.

Men låt oss i saklighetens och allsidighetens namn ta på oss de där tråkiga kritiska glasögonen. Vad har Arnold visat?

Jo, att team av kunniga och intelligenta forskare genom planerade och målstyrda processer, med hjälp av sofistikerad teknisk apparatur och stor och hängiven arbetsinsats, genom ett upprepat urval kan anpassa en redan existerande enzymstruktur till att bli allt effektivare på en specifik uppgift i en artificiell miljö. För att återgå till den nämnda liknelsen – en förändring av enzymfunktionen från en ö till en annan ö inom samma ögrupp.

Vad experimenten färemot inte visade var hur slumpmässiga mutationer och ett godtyckligt urval resulterat i en helt ny grundstruktur i form av ett nytt enzym. Det skulle ha behövts för att resultaten skulle haft bäring på frågan om evolutionen, eftersom varje cell i vår kropp har ett tusental olika sådana. I stället visar Frances H. Arnolds forskningsresultat med all önskvärd tydlighet på vilken betydelse kunskap, genialitet, kreativitet, tålamod och målmedvetenhet har för utvecklingen av biologiska system. Intelligent Design med andra ord. I begynnelsen skapade Gud...

Noter