Membranproteiner återfinns både i och på våra cellers membran. Erik Lindahl har särskilt intresserat sig för de membranproteiner som kallas jonkanaler. De kan liknas vid små dörrar som släpper in och ut laddade partiklar i cellerna. Bland det som styr när dörrarna öppnas eller stängs finns allt ifrån temperatur till elektrisk spänning. Kanalerna påverkas även av andra molekyler som finns i membranet. Resultatet är en komplex samverkan som gör att samma sorts jonkanal kan ha olika funktion beroende på var den finns i kroppen.  

– Vi vill skapa en bättre förståelse av funktionen hos dessa proteiner men då räcker det inte att studera dem i isolerad form. Vi behöver undersöka dem på plats i cellmembran och vävnad. Problemet är att det ännu inte finns några metoder för det, säger Erik Lindahl, professor vid Stockholms universitet.  

Långvarig passion

Erik Lindahls passion för jonkanalerna väcktes för mer än tjugo år sedan. Som ung doktorand vid Stanford University fick han frågan om han kunde utveckla en metod för att modellera hur jonkanalerna rörde sig. 

– Min första tanke var att det var en omöjlig uppgift. Men sedan tänkte jag att varför inte ägna det en eftermiddag – mest för att kunna säga att jag hade försökt. 

Eftermiddagen blev startskottet på ett lång forskningskarriär som också omfattat utveckling av datorprogrammen GROMACS och delar av RELION som används dagligen av forskare världen över.

– Så snart någon tar fram en ny proteinstruktur idag så vill de också göra en simulering av hur det rör sig. För det använder de allra flesta de programvaror som vi utvecklat. 

Utvecklingen av nya beräkningsbaserade modelleringstekniker har blivit något av en röd tråd i hans karriär, menar han. 

– I dag kan mina medarbetare få datorer att trolla på sätt som inte jag trodde möjligt för bara tio år sedan. Men det som verkligen driver oss är att förstå hur signaleringen i nervsystemet fungerar.

Kombinerar metoder

Ett par våningar under Erik Lindahls kontor i SciLifeLab finns några av nycklarna till en bättre förståelse av nervsystemets signaler. I forskningscentrumet SciLifeLab arbetar forskare från fyra universitet sida vid sida, omgivna av en unik teknisk infrastruktur. Bland annat tre kryoelektronmikroskop som gör det möjligt att avbilda proteinernas struktur på ett betydligt mer detaljerat sätt än tidigare. 

– Kryoelektronmikroskopen ger oss ett fönster in i proteinstrukturerna. Med dem är det möjligt att se dem i detalj. Problemet är att den bild vi ser är så fruktansvärt brusig. 

För att utvinna mer information ur bilderna utvecklar Lindahls forskargrupp därför nya beräkningsmetoder. Metoderna gör det möjligt att utvinna betydligt mer information ur bruset. När de sedan kombineras med olika AI-metoder kan forskarna även ta steget till att göra förutsägelser över proteinernas struktur och rörelse i membranet. 

Ibland känns det som ett gigantiskt vitt fält helt utan regler. Vi vill kunna visa reglerna och förutsäga hur membranproteinerna reagerar i olika situationer. 

Utvecklingen av detta tillvägagångssätt involverar tomografi (liknande röntgentomografi som används på sjukhus), för att återskapa proteiners 3D-strukturer. Metoden bygger på att ta miljontals bilder av provet ur olika vinklar och sedan kombinera dem till en tredimensionell form i datorn. 

När vi följer Erik Lindahl nedför trapporna till mikroskopilabben betonar han hur lite han egentligen kan om de tekniska detaljerna kring mikroskopen. För att nå framåt krävs en mångfald av olika kompetenser.  

– Vi har haft turen att kunna rekrytera mycket duktiga postdoktorer. Det är en av de bästa sakerna med SciLifeLab: hit kan vi locka riktiga världsstjärnor i unga åldrar. 

Grundforskningen flyttar fram gränserna för vad som är känt om membranproteiner. Med en djupare förståelse av det komplexa samspel som styr dem blir det möjligt att utveckla nya och bättre läkemedel. 

– Naturligtvis hoppas jag att vårt arbete bidrar till mer träffsäkra behandlingsmetoder. Men det som i grund och botten fascinerar mig mest är den enorma mångfalden av biologiska molekylära mekanismer.

Betydelsen av undervisning

När Erik Lindahl besöker internationella konferenser händer det att han får skriva autografer. Men inte så mycket tack vare sina forskningsframsteg som sitt genomslag som lärare. När pandemin stängde dörrarna till högskolan utvecklade han en digital kurs som i dag har fått över en miljon visningar. 

– Att ta steget till digital undervisning var något jag funderat kring i flera år. När pandemin kom så kände jag att det är nu eller aldrig. Så jag köpte in utrustning och ockuperade ett konferensrum under fyra veckor för att göra inspelningarna. 

Efter många sena kvällar blev resultatet cirka 400 filmavsnitt som publicerades på Youtube.

– I dag börjar jag varje kurs med att uppmana studenterna att först titta på filmerna. Sedan träffas vi för att diskutera innehållet. 

Som forskare kan det vara lätt att glömma betydelsen av undervisningen, menar han. 

– Naturligtvis är jag mycket stolt för alla de vetenskapliga artiklar som vi publicerar. Men mitt bidrag till studenternas kunskap betyder nog mer för mänskligheten än min forskning– helt enkelt för att de är så många fler som kommer att ha ännu bättre idéer i framtiden, säger Erik Lindahl. 

Text Magnus Trogen Pahlén
Bild  Magnus Bergström