Biokemiens fremtid

Publiceret Januar 2002

Biokemien er en ung disciplin i videnskabens historie, som voksede ud af fysiologien og kemien i midten af forrige århundrede. Biokemi blev universitetsfag, fik egne institutter og tidskrifter. Mange Nobel priser i kemi og fysiologi er uddelt til biokemikere. I de forløbne 50 år har vi oplevet flere paradigme skift indenfor biokemien. Afgrænsningen og indholdet af faget er ændret på afgørende punkter. De to videnskabelige revolutioner: molekylær biologi og informationsteknologi har præget den biokemiske forskning. I dag kan vi ikke tale om biokemi uden at inkludere andre fag som molekylær biologi, molekylær genetik, strukturel biologi, cellebiologi, udviklingsbiologi, immunologi, cancerforskning, bioinformatik, bioteknologi, m.m. Københavns Universitet bygger et nyt bioteknologisk center som skal rumme forskellige forskergrupper indenfor bl.a. biokemi, molekylær cellebiologi, genetik og cancerforskning og private bioteknologi virksomheder.

Udviklingen har haft den formelle konsekvens at biokemiens nationale og internationale organisationer, heriblandt Biokemisk Forening i Danmark, har skiftet navn til "Society for Biochemistry and Molecular Biology" i erkendelsen af molekylær biologiens centrale plads i biokemien. Kun englænderne har bevaret "Biochemical Society" som navnet på deres nationale forening. Måske er de fremsynede i deres bevarelse af traditionen! Hvordan vil udviklingen forme sig i fremtiden? Hvad er indholdet i biokemien om 50 år? Skal vi ændre foreningens navn til "Society for Biochemistry, Molecular and Structural Biology, Biotechnology, Bioinformatics and …"?

Fremtiden drejer sig ikke kun om de formelle navne, men om den videnskabelige og teknologiske udvikling. Biokemiens fremtid har betydning for både forskere og universiteter, virksomheder og investorer, og planlæggere og politikere. I erkendelse af biokemiens centrale rolle i samfundets økonomiske og teknologiske udvikling er det vigtigt at forskerne ser i krystalkuglen og udtaler sig om perspektiverne for fremtidens forskning. Hvor kan vi finde ledetråde til at spå om biokemien i de næste 50 år? Udgangspunktet må være et overblik over de aktuelle frontlinier indenfor den biokemiske forskning. Informationer om forskningens frontlinier kan findes på flere måder i det nuværende forskningsunivers. Hvilke projekter arbejder de førende internationale forskergrupper (centers-of-excellence) med i øjeblikket? Hvilke artikler publiceres i de fremtrædende internationale tidsskrifter (impact factor > 10) indenfor de sidste par år? Hvor bevæger bioteknologi firmaer og industri sig hen? Hvilke forskningsområder har betydning for samfundets økonomi og menneskers velfærd og sundhed? Jeg vil bruge tre eksempler på informationer om forskningens frontlinier hentet fra dels et videnskabeligt tidsskrift, dels et nyhedsmagasin, dels en bog for markedsanalytikere. De tre eksempler skal bidrage til at beskrive biokemiens fremtid.

Den første information om forskningens frontlinie er det amerikanske videnskabelige tidsskrift Science's årlige udvælgelse af "Breakthrough of the Year". Redaktørerne af Science udpeger og beskriver 10 videnskabelige gennembrud indenfor det sidste år, vælger årets vinder og offentliggør det i årets sidste nummer. Vinderen i 2001 var "nanocircuits" dvs. elektroniske nanokredsløb i computer chips. Computer chip teknologien og videnskabelige gennembrud har marcheret i takt i flere årtier. Uden computere havde forskerne ikke sekventeret flere organismers genomer eller analyseret billeder af den arbejdende hjerne. Men muligheden for at putte endnu flere kredsløb på silicon chips har nået en grænse. Dagens state-of-the-art computer chip pakker 40 millioner transistorer sammen på et stykke silicon på størrelse med et frimærke. Derfor har forskere prøvet at anvende enkelte molekyler og små kemiske grupper til transistorer og andre standard komponenter af computer chips. I 2001 samlede forskere molekyler i et basalt kredsløb, et første skridt i en ny verden af nanoelektronik. Selvom udviklingen af nanokredsløb vil få stor betydning for den biokemiske forskning er det ikke en del af biokemien.

Flere af de 10 finalister falder derimod indenfor biokemien. Nummer to var RNA, som har vist sig at have flere nye biologiske funktioner bl.a. interferens RNA (RNAi) som slukker gener i Caenorhabditis elegans, mus og mennesker, korte RNA molekyler som er involveret i den embryonale udvikling, RNA som sammen med proteiner danner spliceosomet, og RNA molekyler som har enzymatisk aktivitet (ribozymer). Krystal strukturen af RNA polymerase II blev beskrevet i 2001. Blandt de øvrige finalister var det humane genom som viste sig kun at have omkring 35.000 gener, ikke engang det dobbelte af C. Elegans. Opklaringen af hvordan nervecellers udløbere (axoner) kan finde de rigtige nerveceller under den embryonale udvikling var et andet af årets videnskabelige gennembrud. Endelig blev indførelsen af en ny type lægemidler i behandlingen af kræft betegnet som en milepæl 30 år efter Præsident Richard Nixon erklærede krig mod kræften. Den amerikanske Food and Drug Administration godkendte et lægemiddel med navnet Gleevec til behandling af leukæmi. Gleevec er det første lægemiddel som rammer den specifikke biokemiske defekt som forårsager kræften. I kronisk myeloid leukæmi, som behandles med Gleevec, producerer fusionen af to gener, BCR og ABL, en konstitutivt aktiv protein kinase som stimulerer væksten af cancer cellerne. Gleevec hæmmer kinasen og er derfor effektiv mod leukæmien, især i de tidlige stadier. Efter dette gennembrud er flere kliniske undersøgelser indledt for at undersøge virkningen af andre nye målrettede lægemidler mod kræft.

Den anden information om forskningens frontlinie er fra det engelske nyhedsmagasin The Economist's særlige julenummer som bringer underholdende og artikler om begivenheder i det forløbne år. I den faste sektion: "Science and technology" bringes en artikel: "Nanotechnology in biology. The good of small things", som beskriver fremskridt indenfor bioteknologi i nanoskala dvs. anvendelse af biologiske enheder med dimensioner målt i nanometer (10-9 meter). Udtrykket er opfundet af Eric Drexler, tidligere ingeniør på Massachusetts Institute of Technology, Boston, USA, som i 1986 skrev en bog "Engines of Creation", hvori han forestillede sig at det ville blive muligt at fremstille selv-replikerende nanomaskiner, som samlede atomer til molekyler. Indtil videre er det kun levende celler som opfylder denne vision. Et eksempel på anvendelse af nanobioteknologi er udvikling af membraner gennemhullet af porer med diameter på 7 nanometer, som kun tillader passage af små molekyler. Membraner med nanoporer anvendes til indkapsling af levende celler m.h.p. implantation i organismen f. eks. isolerede Langerhanske øer med insulin-producerende b-celler til behandling af sukkersyge. Nanoporerne er store nok til at glucose fra blodet og insulin fra b-cellerne kan passere, mens antistoffer, som er betydeligt større, ikke kan trænge ind og ødelægge cellerne. Foreløbig er denne nanoteknologi kun afprøvet i diabetiske rotter, som overlever i flere uger uden insulin indsprøjtninger efter implantation af kapslerne.

Den tredje information om forskningens frontlinie er en bog: "Dictionary of the Future" (Hyperion, New York 2001) skrevet af to amerikanske konsulenter indenfor marketing og reklame: Faith Popcorn og Adam Hanft. Citater af den amerikanske forfatter Ralph Waldo Emerson, som skrev at "every new relation is a new word", og den tjekkiske forfatter Daniela Fischerova, som udtrykte at "every new word is a new reality" indleder bogen. Fremtidens leksikon samler ord og udtryk, som dels er nye og kun lidt kendte, dels er nye og på vej ind det daglige sprog. Bogen indeholder over 1000 opslag indenfor en vifte af 32 emner fra "Aging" til "Transportation". De enkelte ord og udtryk beskrives detaljeret i teksten og hvert afsnit afsluttes med en forudsigelse af de vigtigste af fremtidens begreber. Indenfor afsnittet "Biology and Biotechnology" findes over 50 ord, som beskriver fremtidens biokemi: bl.a. "abzyme", "archaea", "bio-bypass", "bone growth factors", "directed evolution", "good gene medicine", "matrix metalloproteinase inhibitors", "molecular farming", "nanoprobes", "pharmacogenomics", "proteomics" og "therapeutic cloning". Afsnittet om biologi og bioteknologi slutter med at "Dictionary of the Future" forudsiger at bl.a. "4-star rat hotels", "bio-freedom", "do-it-yourself genetics", "gene busters" og "genetocracy" vil præge fremtiden.

Udfra beskrivelserne af forskningens aktuelle frontlinier kan vi udtale spådommen og formulere visionerne om fremtidens biokemi. De nuværende faggrænser indenfor biologien er ved at forsvinde og vil formentlig være væk i løbet af de næste 10-20 år, hvis man ikke kunstigt holder dem i live på universiteterne i kraft af traditionelle fakulteter, institutter og studieplaner. Det Bioteknologiske Center på Københavns Universitet er et eksempel på den igangværende integration dels af forskellige biologiske fag, dels af offentlig og privat forskning. Det er nødvendigt at videreføre denne udvikling og åbne grænserne mellem flere fagområder. Basale biologiske fag vil smelte sammen i biokemien eller hvad den skal hedde i fremtiden. Biokemien vil eksistere som et fag der spænder fra kemi til molekylær biologi og indeholder bl.a. bioinformatik, cellebiologi, drug design, genterapi, genetik, genomics, molekylær fysiologi, nanoteknologi, pharmacogenomics, proteomics, stamcellers biologi, strukturel biologi og udviklingsbiologi. Biokemien vil omfatte forskning i alle levende organismer fra bakterier til planter og dyr. I de sidste 50 år har biokemien haft en central rolle indenfor den naturvidenskabelige og medicinske forskning og bidraget til den bioteknologiske udvikling. I fremtiden vil biokemien fortsat spille denne vigtige rolle uanset de formelle navne og faggrænser.