Superinstrument til 20 millionar

Førsteamanuensis Johan Mattias Isaksson ser stolt på sitt splitter nye arbeidsverktøy til 20 millionar: eit Bruker Avance Neo spektrometer. Det som ved første augekast kan sjå ut som ein komplisert varmtvasstank, er faktisk eit utruleg nøyaktig verktøy for å studere byggesteinane i naturen.

Vi er alle molekyl

Naturen og kroppen vår er bygd opp av molekyl. Kvart molekyl er bygd opp av atomar. Nokre molekyl er ganske enkle, som vassmolekylar (H₂O – to hydrogenatom og eit oksygenatom), mens andre kan vere uhyre komplekse og ha tusenvis av atomar.

Ei svær maskin som ser ut som ein tank med ein stor boks oppå. — Spektroskopet er svært, men jobbar med ørsmå objekt. Den store tanken er fylt med flytande helium som er -269 gradar. Det trengs for å kjøle ned magneten i spektroskopet. Foto: Marit Melbye Sørensen / UiT

Molekyl er byggemateriala i cellene våre, signalstoff i kroppen og utruleg mykje meir. Til dømes er protein og enzym molekyl. Dei er ørsmå objekt som må til for at kroppen skal fungere, men det er òg molekyl bakteriar brukar når dei infiserer cellene dine.

Molekyl er med andre ord involvert i alt i kroppen og derfor særs viktige å forstå.

Men no kan ein studere enzym og dess like i farmasibygget på UiT i Tromsø. Og kanskje motsett av kva ein skulle tru, så er spektrometeret si sterke side ikkje at det kan sjå mindre objekt enn tidlegare, men at det kan forstå større og meir komplekse molekyl (opp til 60 kiloDalton for dei med spesialkunnskap).

Men Isaksson er heilt tydeleg på ein ting: Dei «ser» ingenting, for dette er ikkje eit mikroskop.

– Mikroskop brukar lys eller elektron for å lage bilete av ting. Vi brukar radiofrekvens-pulsar for å få informasjon, seier han.

Skyt radiobølgar og får tilbake puslespel

Kort fortalt så skyt Isaksson sitt nye instrument radiobølger på en prøve som er plassert i et kraftig magnetfelt (16,4 Tesla for dei med spesialkunnskap). Det forstyrrar – eller eksiterer som proffane kallar det – atomkjernane i molekyla ein vil vete meir om.

Når molekyla etterpå fell til ro til sin normale tilstand, sender dei ut sine eigne, unike energibølger. Desse bølgene kan spektroskopet lese, og av dei dataa igjen kan Isaksson og kollegaane finne ut kva for molekyl ein har, korleis det ser ut og så bortetter.

Med andre ord ser dei ikkje på eit bilete, men masse data som dei må få meining ut av.

Den siste delen skildrar Isaksson som ei blanding av puslespel og sudoku. Dei finn ulike bitar av informasjon i dataa, til dømes eit proton på ein stad, eit karbon-atom ved sidan av det og eit anna proton ein annan stad. Og då må dei finne ut korleis dei kan passe saman, noko det er absolutte reglar for i kjemien.

– Då ser ein at den der må være saman med den, og den andre der med den, så då må den vere med den, og den der passar inn der. Og då finn ein til slutt ut kva for stoff det er, seier han.

– Det er faktisk gøy!

Korleis kan ein sjå antibiotika verke?

Med seg i spektroskopi-rommet har Isaksson stipendiat Marit Melbye Sørensen. Ho er farmasøyt og skriv ein Ph.d. om korleis analytisk kjemi kan hjelpe oss i kampen mot antibiotikaresistens. Det nemleg ikkje alltid vi veit korleis eit legemiddel kan feste seg der det skal og gjere jobben sin.

Ein mann og ein kvinne poserar i ein døropning. — Stipendiat Marit M. Sørensen og førsteamanuensis Johan Isaksson. Foto: Kjetil Rydland / UiT

– Eg skal prøve å finne ut meir om korleis ulike legemiddel-molekyl festar seg på til dømes ei bakterie. Det kan vere uhyre komplekse bindingsmekanismar, så då er det nye spektrometeret veldig nyttig, seier ho.

Sørensen meiner faktisk spektrometeret kan være betre enn mikroskop til visse formål. Med eit bilete kan ein sjå kva ein har, men ein ser ikkje den tredimensjonale strukturen eller korleis molekylet rører på seg.

– Det er masse informasjon ein ikkje får med eit bilete men som ein får med eit spektroskop. Visualiseringar kan vi uansett lage etterpå, seier ho.

Om Sørensen får gode resultat, kan kanskje vi finne nye måtar å bruke antibiotika som bakteriane likevel ikkje var resistente mot, eller ho kan lage gode verktøy for å finne nye og meir effektive legemiddel.

Skuffar jamleg andre forskarar

Eit anna viktig bruksområde for spektrometeret er marin bioprospektering, kor ein leitar etter medisinar i organismar frå havet. Forskarar testar ulikt biologisk materiale for å sjå om dei har effekt på til dømes kreftceller eller bakteriar. Men når dei har noko som har effekt, treng dei hjelp for å finne ut kva for stoff dei eigentleg har funne i havet.

To hendar held ei lang og tynn behaldar av glass — Stoffet ein skal studere må inn i ein slik behaldar. Foto: Kjetil Rydland / UiT

– Vi jobbar mykje og godt med dei, og det er gjevande arbeid. Men no har vi så nøyaktige målingar at av og til når kjem til oss med eit stoff dei har funne og som ser spennande ut, må vi skuffe dei. Det dei trudde var eit enkelt stoff, visar seg å vere minst to forskjellege stoff eller molekyl, seier Isaksson.

Og det er berre eit av fleire bruksområde innan kjemi, biologi, medisin, farmasi og nær sagt alt som treng å «sjå» molekyl.

– Vi har to stipendiatar og ein forskar som skal jobbe fulltid med instrumentet, og så har vi mange andre prosjekt og forskarar frå UiT som skal inn og teste sine stoff. Målet er at vi skal bruke maskina døgnet rundt, året rundt, seier Isaksson.

Det nye spektrometeret er eigd av Institutt for kjemi på Fakultet for naturvitskap og teknologi. Det vart fullfinansiert av Noregs forskingsråd sitt finansieringsprogram for nasjonal forskingsinfrastruktur.

Rydland, Kjetil kjetil.rydland@uit.no Kommunikasjonsrådgjevar

Publisert: 23.10.24 12:07 Oppdatert: 01.11.24 11:19

Helse og velferd Naturvitenskap