DropDownMenu


Siden indeholder information om aminosyrer, proteiner, proteinsyntese samt anvendelse af proteiner til aldersbestemmelse i arkæologien

Aminosyrers opbygning

Seneste forfatter Uffe Rasmussen
Aminosyrer.
Øverst den generelle struktur af en aminosyre: På samme carbonatom sidder en aminogruppe (-NH2), en syregruppe (-COOH) og en sidekæde (-R), der er forskellig for hver aminosyre. Ved den surhedsgrad (pH), der findes i en levende organisme, vil aminogruppen findes i formen -NH+3 og syregruppen i formen -COO -. Desuden er vist 20 af de 22 aminosyrer, der normalt anvendes ved cellernes dannelse af proteiner (proteinsyntesen).
Aminosyrer, organisk forbindelse, som har central betydning i alle levende organismer. Af de ca. 500 kendte aminosyrer vides 22 at være anvendt som byggesten ved dannelsen af proteiner; selenocystein og pyrrolysin er dog sjældent forekommende. Endvidere bruges visse aminosyrer eller dele heraf ved dannelsen af de baser, der findes i DNA og RNA, og visse er signalstoffer (neurotransmittere) i nervesystemet. De fleste fedtstoffer (lipider) i biologiske membraner (plasmamembran, mitochondriemembran m.m.) indeholder kvælstofholdige strukturer, der stammer fra aminosyrer. Hudens farvestof, melanin, dannes fra aminosyren tyrosin.
Aminosyrer indeholder mindst én aminogruppe (-NH2) og mindst én syregruppe (-COOH). Disse to grupper er oftest knyttet til det samme kulstofatom, hvortil der også er bundet en sidekæde, hvis struktur er karakteristisk for den enkelte aminosyre.
De 22 biologisk aktive aminosyrer:
•alanin
•arginin
•asparagin
•aspartat
•cystein
•fenylalanin
•glutamat
•glutamin
•glycin
•histidin
•isoleucin
•leucin
•lysin
•methionin
•prolin
•pyrrolysin
•selenocystein
•serin
•threonin
•tryptofan
•tyrosin
•valin

Planter kan danne alle aminosyrer, som er nødvendige for dannelse af proteiner. Dyr og mennesker mangler de enzymer, der skal bruges til at danne ni af aminosyrerne. Disse må tilføres med kosten og kaldes derfor de essentielle (livsnødvendige) aminosyrer. De øvrige kan dannes i organismen ud fra glukose og fra kvælstof stammende fra andre aminosyrer.
Voksne mennesker indtager 60-150 g protein pr. døgn, og det daglige behov for protein er 0,6 g pr. kg legemsvægt. Protein spaltes (hydrolyseres) af enzymer i fordøjelseskanalen og i tarmceller til aminosyrer, hvoraf de fleste afgives til portåresystemet, som fører blodet til leveren; andre nedbrydes i tarmcellerne, hvor der især dannes alanin, som afgives til portåreblodet. I organismen foregår en stadig omsætning mellem vævsproteiner og aminosyrer. Af de ca. 15 kg proteiner, der findes i en voksen person, mister 300-400 g pr. døgn deres funktion, og de nedbrydes til aminosyrer. Proteiner gendannes, dels fra kostens aminosyrer, dels fra de aminosyrer, der opstår ved spaltningen af vævsproteinerne.
Proteinsyntesen stimuleres af hormonerne insulin, thyroxin, de mandlige og kvindelige kønshormoner og indirekte af væksthormonet. Proteinnedbrydningen stimuleres især af kortisol. Hvis et voksent menneskes kost indeholder under 40 til 50 g protein pr. døgn, er der ikke aminosyrer nok til, at proteinsyntesen kan følge proteinnedbrydningen. Resultatet bliver, at kroppens proteinmængde falder. Dette skyldes flere ting. Der er proteintab i form af mistede hudceller, hår, sekreter m.m. på 5 til 10 g protein pr. døgn.
Forbruget af aminosyrer til dannelse af RNA, DNA, neurotransmittere, fedtstoffer m.m. andrager ca. 30 g pr. døgn. Der foregår — i betydeligt omfang hvis der går lang tid mellem måltiderne — en hormonreguleret omsætning af aminosyrer, som omdannes til glukose og urinstof. Glukosen dannes for at fungere som energikilde for centralnervesystemet, der ved normal ernæringstilstand kun kan bruge dette stof som energileverandør. To aminosyrer, lysin og leucin, kan ikke omdannes til glukose, men forbrændes i citronsyrecyklus. Urinstof er det kvælstofholdige affaldsstof fra aminosyreomsætningen, der udskilles med urinen. Hormonerne kortisol og glukagon stimulerer produktionen af glukose fra aminosyrer, mens insulin hæmmer den.
Aminosyrer leverer stort set alt kvælstof til organismens synteser; også alt svovl i organismen stammer fra tilførte aminosyrer (methionin og cystein). Disse to svovlholdige aminosyrer omsættes som de øvrige, mens svovlet oxideres til svovlsyre, der spaltes til 2 brintioner og sulfat. Dette er organismens eneste mulighed for at skaffe sulfat, idet sulfat indtaget med kosten ikke kan optages fra tarmen. En del af sulfaten indbygges i de strukturer, der udgør hovedparten af bindevævets grundsubstans, mens resten udskilles med urinen. Blandt de kvælstofholdige forbindelser, der ikke syntetiseres ud fra aminosyrer, er B-vitaminerne, dog med én undtagelse, idet 1-2% af aminosyren tryptofan i organismen kan omdannes til B-vitaminet niacin. Denne omsætning dækker dog ikke behovet for niacin.
Methionin fungerer som organismens generelle methylgruppedonor i forbindelse med syntesen af fx adrenalin, kreatin og cholin. Når methionin afleverer sin methylgruppe, omdannes den til aminosyren homocystein, der ikke kan medvirke ved proteinsyntese. Homocystein kan tilbagedannes til methionin, formidlet af vitaminet folinsyre.
Livsnødvendige aminosyrer
Livsnødvendige aminosyrer, essentielle aminosyrer, er de aminosyrer, der skal tilføres med kostens proteiner hos mennesker, fordi de enzymer, der er nødvendige for at danne dem, mangler. De omfatter fenylalanin, histidin, isoleucin, leucin, lysin, methionin, threonin, tryptofan og valin.
70-75% af behovet for fenylalanin kan dog dækkes af tyrosin, og 80-90% af behovet for methionin af cystein. Arginin er desuden livsnødvendigt hos spædbørn. Se også proteinkomplettering.

Proteiners opbygning

Gyldendal Den Store Danske
Proteiner.
Øverst den generelle struktur af en aminosyre: På samme carbonatom sidder en aminogruppe (-NH2), en syregruppe (-COOH) og en sidekæde (-R), der er forskellig for hver aminosyre. Ved den surhedsgrad (pH), der findes i en levende organisme, vil aminogruppen findes i formen -NH+3 og syregruppen i formen -COO -. Desuden er vist de 20 aminosyrer, der normalt anvendes ved cellernes dannelse af proteiner (proteinsyntesen). proteiner, æggehvidestoffer, kædeformede biologiske makromolekyler opbygget af aminosyrer, sammenkoblede med peptidbindinger mellem en aminosyres carboxylgruppe og aminogruppen i den følgende aminosyre. Længden af polypeptidkæderne (se peptider) i proteinerne varierer stærkt, og der kan være fra 50-100 til adskillige tusinde aminosyrer. Der indgår 20 forskellige aminosyrer i proteinerne. Proteiners molekylvægt varierer fra nogle få tusinde til flere mio. Proteiner er centrale byggesten i alle organismer og udfører livsnødvendige funktioner som fx enzymer, hormoner og strukturproteiner. Betegnelsen protein blev introduceret i 1838 af den svenske kemiker J.J. Berzelius.
Ordet protein er en afledn. af græsk protos 'først' og -in, fordi man mente, at proteiner udgjorde grundsubstansen i organisk liv.
Struktur
Man skelner mellem proteiners primære, sekundære, tertiære og kvaternære struktur. Aminosyrernes rækkefølge i polypeptidkæden og den kemiske struktur af de enkelte aminosyrer bestemmer tilsammen proteinets fysiske og kemiske egenskaber. Rækkefølgen af aminosyrer i proteinet betegnes den primære struktur. Den bestemmes af nukleotidsekvensen i det DNA, som koder for proteinet.
Ved hydrogenbindinger mellem naboliggende aminosyrer foldes kæden til en stabil rumlig struktur, kaldet den sekundære struktur. Det drejer sig om spiralsnoede områder (a-helix), om båndformede strukturer (eng. ß-sheets) og om slyngninger af kæden (eng. ß-bends). Normalt optræder disse strukturformer på forskellige steder i samme proteinkæde. Proteinernes sekundære struktur blev først beskrevet af den amerikanske kemiker L. Pauling, som også beskrev peptidbindingens kemiske struktur omkring 1950
De sekundære strukturområder kan yderligere foldes i større rumlige strukturer, som giver proteinets tertiære struktur. Lokalt kan proteinet være foldet i særlige domæner, som har direkte relation til proteinets funktion. Vandmolekyler indgår som et centralt element i proteinets struktur, idet de danner hydrogenbindinger med visse aminosyrer, mens andre aminosyrer har en mere vandskyende (hydrofob) karakter. Hos visse proteiner indgår, foruden hydrogenbindinger, covalente bindinger i den tertiære struktur gennem disulfidbindinger mellem cysteinenheder i polypeptidkæden. Den rumlige opbygning er normalt ansvarlig for proteinernes funktion, idet der i den tertiære struktur optræder lommer, som fx med stor specificitet kan binde de substratmolekyler, hvis omdannelse katalyseres af enzymerne.
Foldningen af peptidkæder til den rigtige rumlige struktur kan foregå spontant, men i forbindelse med den cellulære proteinsyntese medvirker en række proteiner, som sikrer, at der dannes de nødvendige covalente bindinger, og at foldningen foregår specifikt og med hensigtsmæssig hastighed. Proteiner med sådanne funktioner kaldes molekylære chaperoner eller chaperoniner. De medvirker også til, at proteiner, der skal indsættes i membraner eller transporteres ud af cellen, holdes i den rigtige rumlige struktur.
Flere proteinmolekyler af samme art eller forskellige proteinmolekyler danner yderligere en kvaternær struktur, som i cellerne normalt er proteinernes funktionelle form.
På basis af proteinernes kvaternære struktur er der to hovedgrupper, fiberproteiner og globulære proteiner. Fiberproteiner består af ofte endog meget lange kæder af proteinenheder, der fx danner de intracellulære strukturer i cytoskelettet, tubulin (se celle), danner kontraktile elementer såsom myosin i muskelceller, eller uden for cellerne danner fx kollagen i bindevæv og keratin i hår, hud og negle. De sfæriske globulære proteiner findes i cellernes og organismens vandfaser eller bundet i membraner. De fleste globulære proteiner har evne til at binde forskellige kemiske forbindelser som fx hormonreceptorer i cellemembraner, hæmoglobin, som binder ilt i de røde blodlegemer, enzymer samt serum-albumin, som binder en række hydrofobe forbindelser, fx fedtsyrer og lægemidler.
Ødelægges den sekundære, tertiære eller kvaternære struktur af et protein, siges proteinet at denaturere. Denaturering kan skyldes opvarmning, ekstreme pH-værdier, organiske opløsningsmidler eller detergenter og er ofte en irreversibel proces.

Proteinsyntese


Proteiner. Proteiners polypeptidkæder består af aminosyrer bundet sammen med peptidbindinger; herved dannes en hovedkæde (den her viste vandrette kæde) med sidekæder (R). Kæden begynder med den N-terminale aminosyre og afsluttes med den C-terminale aminosyre. Her er vist et pentapeptid med fem grundenheder (aminosyreenheder); proteiner har som oftest 50-2000 aminosyreenheder.
Organismens proteiner undergår en stadig nedbrydning og gendannelse, og et voksent menneske syntetiserer daglig adskillige hundrede gram protein. Proteinsyntesen, translationen, foregår hos alle levende celler på ribosomerne, der findes i cellens cytoplasma. Hos eukaryote celler er mange ribosomer knyttet til et system af indre membraner, det endoplasmatiske retikulum. Hos disse celler foregår der yderligere proteinsyntese på ribosomer i mitokondrierne.
Proteiner dannes altid fra den såkaldt N-terminale ende, dvs. at syntesen begynder med den aminosyre, der i det færdige protein har en fri aminogruppe. De følgende aminosyrer kobles derefter på en efter en. Aminosyrerne er under proteinsyntesen bundet til tRNA (transfer-RNA, se RNA). Rækkefølgen af aminosyrer bestemmes af mRNA (messenger-RNA), der er en oversættelse af nukleotidsekvensen i DNA, den genetiske kode, og indeholder koderne (codon) for aminosyrerne samt start- og stopkoder. Ribosomer har bindingssteder for mRNA og tRNA med bunden aminosyre. Proteinsyntesen indledes (initieres) med, at der dannes et kompleks mellem mRNA, ribosom og den tRNA, der har bundet den første aminosyre (i eukaryoter altid methionin). Dernæst bindes mRNA til ribosomet. Initieringen kræver medvirken af proteinfaktorer (initieringsfaktorer).
Næste trin i proteinsyntesen er forlængelse af peptidkæden med en aminosyre ad gangen. Aminosyrerne er også her bundet til tRNA, og hver forlængelse kræver medvirken af proteinfaktorer (elongeringsfaktorer). Under proteinsyntesen ledes mRNA gennem en fure dannet af de to enheder, ribosomet er sammensat af. Når et stykke peptidkæde er dannet, fæstnes et nyt ribosom til mRNA, og en ny peptidkæde dannes. Ribosomerne kommer således til at sidde på mRNA som perler på en snor.
Proteiner. Proteinsyntesen i cellen påbegyndes, hvor startcodon (AUG) findes på mRNA, idet der her dannes et kompleks med den lille ribosompartikel og et start-tRNA, der bærer aminosyren methionin. Den store ribosompartikel kobles til komplekset sammen med et aminosyre-tRNA svarende til den codon, der findes på mRNA i ribosomets såkaldte A-område. De to aminosyrer sammenkobles med en peptidbinding, hvorpå start-tRNA frigøres fra ribosomet. Peptid-tRNA-komplekset flytter nu sammen med mRNA til det såkaldte P-område, hvorved A-området bliver ledigt til at modtage endnu et specifikt aminosyre-tRNA. Under hele proteinsyntesen forskydes den nydannede polypeptidkæde mellem A- og P-området, og mRNA trækkes gennem ribosomet, mens rækken af codons i mRNA aflæses. Dette fortsætter, indtil en stopcodon kommer ind i A-området, hvilket medfører, at proteinmolekylet frigøres fra ribosomkomplekset, som derefter adskilles i sine grundpartikler.
Når proteinsyntesen når til en stopkode på mRNA, afsluttes (termineres) syntesen, ved at et protein (termineringsfaktor) bindes til ribosomet, hvorefter peptidkæden frigøres. I næsten alle proteiner fjernes den N-terminale methionin, før hele peptidkæden er færdig, og mange proteiner modificeres yderligere efter syntesen, fx ved fraspaltning af dele af peptidkæden, glykosylering (påsætning af kulhydrat), covalent binding af cofaktorer, fosfat, sulfat eller fedtsyrer samt ændringer af sidegrupper i bestemte aminosyrer i proteinet. I nogle tilfælde vil disse modifikationer målrette proteinet til bestemte steder i cellen, fx membraner eller mitokondrier, eller til udskillelse (sekretion). Se også celle (synteseapparat).
Proteinsyntesen i prokaryoter adskiller sig i detaljer fra syntesen i eukaryoter; en række antibiotika er således hæmmere af prokaryoters proteinsyntese uden at have effekt på eukaryoters. Vedr. industriel fremstilling af proteiner som insulin, væksthormon og enzymer vha. gensplejsede organismer, se bioteknologi.
Analyse
Proteiner. Proteinmolekyler kan afbildes på forskellig vis, fx i tredimensionel grafisk fremstilling (1) eller som scanning-elektronmikroskopisk foto (2).
Den rumlige struktur af proteinmolekyler kan bl.a. fastlægges vha. kernemagnetisk resonans-spektroskopi, ligesom røntgenkrystallografi kan give oplysninger om struktur og funktion.
Kendskabet til den primære struktur er af stor betydning for vores viden om proteinernes biologiske funktion. Dette er et eksperimentelt område, som er i rivende udvikling. De initiativer, der er i gang for at bestemme den totale DNA-sekvens af arvemassen hos talrige organismer, bevirker, at man kender opbygningen af mange i øvrigt ukendte proteiner.
Når et protein isoleres, er det således vigtigt hurtigt at kunne bestemme dets primære struktur. Dette kan med uhyre følsomhed gøres ved massespektrometri, gennem en metode kaldet MALDI-TOF (Matrix Assisted Laser Desorption Ionization Time Of Flight). En ringe mængde oprenset protein (omkring 0,1 µg), som er spaltet i små peptider, fx af trypsin, tørres på en membran sammen med ca. 1 mg matrixmateriale. Membranen anbringes i MALDI-TOF-apparaturet, hvor det bestråles med laserlys, hvis fotoner absorberes af matrix. Ved den opståede energiudladning vil peptiderne blive slynget ud i det lufttomme apparat og samtidig få påkoblet en proton. I apparatets elektriske felt vil peptidet nu bevæge sig mod en detektor i et tempo, der bestemmes af peptidets størrelse, idet de små peptider bevæger sig hurtigst. Ved at måle flyvetiden kan størrelsen af de enkelte peptider bestemmes med en nøjagtighed større end 0,1 dalton, hvad der tillader en computer-identifikation af peptidets opbygning, som kan sammenlignes med opbygningen af de kendte proteiner i databankerne.
Immunologiske teknikker (se immunologi) kan ligeledes benyttes til at påvise og kvantificere proteiner. Mængden af et protein kan bestemmes spektrofotometrisk eller ved fluorimetri, efter at proteinet har reageret med specifikke farvestoffer.

Proteinstruktur og de 20 aminosyrer
Antimikrobielle peptider (AMP’er) er små proteiner, der er i stand til at dræbe mikroorganismer. AMP’er hører derved under proteiner, gruppen af de mest alsidige makromolekyler i vores krop, som har essentielle funktioner i de fleste biologiske processer. For at forstå hvordan antimikrobielle peptider ser ud, og hvordan de er struktureret, når de angriber en bakteriecelle, skal vi se nærmere på opbygningen af proteiner generelt.
Proteiner er lineære polymerer bestående af enkelte monomerer kaldet aminosyrer, der er bundet sammen. Proteiner forbliver ikke lineære, men folder sig spontant sammen og danner en tredimensionel struktur, der er bestemt af den specifikke aminosyresekvens, dvs. sammensætning af de enkelte aminosyrer. Størrelsen af forskellige proteiner varierer meget, idet nogle kun er få aminosyrer lange, hvor bl.a. hormonet insulin, bestående af 51 aminosyrer, kan nævnes som eksempel, mens andre udgøres af flere tusinde aminosyrer, som eksempelvis muskelproteinet titin. Titin er det største protein man kender til, idet det består af over 27.000 aminosyrer.


Aminosyrer er byggestenene i proteiner, og den specifikke aminosyresekvens i et protein betegnes dets primære struktur. En aminosyre består af et centralt carbonatom, som er bundet til en aminogruppe, NH2, en carboxylsyregruppe, COOH, et hydrogenatom og en speciel sidekæde, der kaldes R-gruppen (se figur 2).


Figur 2. Fire kemiske grupper er bundet til det centrale carbon-atom. Sidekæden ’R’ varierer i de 20 forskellige aminosyrer, og det er derfor denne gruppe, der giver aminosyren sine specifikke karakteristika
Der findes i alt 20 forskellige sidekæder, som varierer i størrelse, ladning, hydrofob karakter og kemisk reaktivitet. Alle proteiner i vores krop er opbygget af de samme 20 aminosyrer, og en oversigt over disse, kan du se her. I vandige opløsninger ved neutral pH-værdi er aminosyrer oftest zwitterioner, hvilket betyder at aminogruppen er protoneret (NH3+) og carboxylsyregruppen er deprotoneret (COO-). Hvorvidt aminosyrer er ioniseret eller ikke er ioniseret afhænger af pH-værdien (se figur 3).


Figur 3. Ved pH omkring 7 befinder aminosyrer sig hovedsageligt på en zwitterionisk form, hvor aminogruppen er protoneret og har derved en positiv ladning, mens carboxylgruppen er deprotoneret og har derved en negativ ladning.
Proteiner dannes ved sammenkædning af aminosyrer. Aminosyrer sammenkædes via en kemisk reaktion mellem aminogruppen på én aminosyre og carboxylsyregruppen på en anden. Herved dannes en peptidbinding mellem de to aminosyrer. Reaktionen kaldes en kondensationsreaktion, da der fraspaltes vand (se figur 4). Flere aminosyrer, der er kædet sammen via peptidbindinger, danner en polypeptid kæde. De fleste polypeptid kæder består af mellem 50 og 2000 aminosyrer og betegnes proteiner. Kæder, der består af færre end 50 aminosyrer, betegnes peptider.


Figur 4. To aminosyrer sammenkobles i en kondensationsreaktion ved fraspaltning af vand, hvorved der dannes en peptidbinding mellem dem
Antimikrobielle peptider er oftest under 50 aminosyrer lange, hvorfor de netop betegnes peptider. AMP’er er en gruppe molekyler, der strukturelt set er ret forskellige, da aminosyresekvensen varierer meget fra AMP til AMP. De karakteriseres dog ved at have en netto positiv ladning, dvs. de er kationiske, grundet tilstedeværelsen af positive aminosyrer. Derudover er en stor bestanddel (over 30 %) af aminosyrerne, der udgør peptiderne, hydrofobiske.
Grundet den store variation i aminosyresekvensen, kan AMP’er ikke karakteriseres på baggrund af deres primærstruktur, men karakteriseres derved i stedet på baggrund af deres sekundærstruktur. AMP’er kan strukturelt set inddeles som værende:
- a-helix AMP’er
- cystein-stabiliserede ß-sheet AMP’er
- AMP’er rige på specifikke aminosyrer


Figur 5. Aminosyren cystein er vigtig, da dens svovlatom medfører, at den har specifikke egenskaber. To cysteinenheder kan reagere og danne cystin, hvilket ses på figur 6.
De cystein-stabiliserede ß-sheet AMP’er indeholder en eller flere specielle krydsbindinger, der også ses i mange andre proteiner. Denne krydsbinding kaldes en disulfidbinding og er den mest almindeligt forekomne i proteiner. Denne dannes ved, at to cysteinenheder reagerer med hinanden og danner forbindelsen cystin (se figur 5). Disulfidbindingen er med til at stabilisere mange proteiner og er derfor et vigtigt strukturelement i nogle AMP’er.


Figur 6. To cysteinenheder sammenkobles i en oxidationsreaktion, hvorved der dannes en disulfidbinding.
Proteiners sekundærstruktur er defineret som den lokale rumlige struktur af polypeptidkæden. Primærstrukturen, altså aminosyresekvensen, kan således resultere i mange områder med forskellige sekundærstrukturer. Sekundærstrukturen bestemmes af hydrogenbindinger mellem aminosyrerne i primærstrukturen. De to bedst definerede sekundærstrukturer er a-helixer og ß-sheets. a-helixen er formet som en spiral, som aminosyrernes sidegrupper stikker ud fra (se figur 7). Spiralen drejer højre om, og der er 3,6 aminosyrer pr. omdrejning. Helixen holdes sammen af hydrogenbindinger mellem hver femte aminosyre. Strukturen kan stabiliseres yderligere af vekselvirkninger mellem sidegrupperne. Eksempeltvis kan hydrofobe vekselvirkninger, hvor sidegrupper, der er hydrofobe og derfor afskyr vand, tiltrækkes af hinanden, eller ionbindinger mellem positivt og negativt ladede sidegrupper kan være med til at stabilisere strukturen.


Figur 7. Alfa-helixen er formet som en spiral og har 3,6 aminosyrer pr. omdrejning.
I modsætning til a-helixers meget kompakte struktur er ß-sheets udstrakte (se figur 8). ß-sheets udgøres af en eller flere ß-strenge og stabiliseres, ligesom a-helixer, af hydrogenbindinger. ß-strenge, der ligger ved siden af hinanden i et ß-sheet, kan forløbe i samme retning, hvorved de siges af være parallelle, eller i modsat retning, hvorved de siges at være anti-parallelle.

Figur 8. ß-strenge, der ligger ved siden af hinanden i et ß-sheet, kan enten være parallelle eller antiparallelle.
Både a-helixer og ß-sheets er strukturelementer, der ses i AMP’er, som en del af deres sekundærstruktur. Af de naturligt forekomne AMP’er findes der flest a-helix peptider. a-helix peptiderne er oftest ustruktureret i vandig opløsning, men når de nærmer sig og begynder at interagere med bakterielle cellemembraner, vil peptiderne folde sig sammen i en amfipatisk alfa-helix, hvor den ene del af helixen hovedsageligt udgøres af hydrofobiske aminosyrer, mens den modsatte del udgøres af positivt ladede aminosyrer. a-helix peptiderne har ikke en konserveret aminosyresekvens, dvs. der er stor variation i sekvensen i de forskellige peptider. Der er dog stor lighed i måden, hvorpå peptiderne ordner sig og adskiller hydrofobe aminosyrer fra ladede aminosyrer, når de kommer i kontakt med bakteriers overflade. Denne strukturering er vigtig for peptidernes funktion, idet det er den positivt ladede del af AMP’et, der binder sig til bakteriens negativt ladede overflade. Efterhånden som der kommer flere peptider til cellens overflade, vil de begynde at bore sig ned i cellemembranen, hvorved de sammen danner en transmembran (membrangennemborende) kanal (se figur 9). Her er den hydrofobe del af AMP’et vigtig, idet denne del vender ind mod cellemembranen og interagerer med membranens hydrofobe fedtsyrer.

Figur 9. Figuren illustrerer den negativt ladede bakterielle membranoverflade, som AMP'er, på det første billede, binder sig til. AMP'erne tiltrækkes den bakterielle cellemembran på grund af deres positive ladning og kan efterfølgende bore sig ned i membranen og sætte sig dér, hvilket ses på det tredje billede.
Udover primær- og sekundærstrukturen af proteiner har de en tertiærstruktur, der defineres som den rumlige struktur af et proteinmolekyles atomer uden hensynstagen til andre proteinmolekyler. a-helixer og ß-sheets bidrager til tertiærstrukturen, idet visse dele af det samlede proteinmolekyle har disse strukturer. Interaktioner mellem de forskellige aminosyrer og deres sidekæder i polypeptidkæden har betydning for tertiærstrukturen. Tertiærstrukturen bestemmes ofte af hydrogenbindinger, interaktioner mellem hydrofobiske sidekæder, ionbindinger mellem positivt og negativt ladede sidekæder og af de tidligere omtalte disulfidbindinger mellem specielle cysteinsidekæder. For proteiner der befinder sig i vandige opløsninger, f.eks. cellens cytoplasma, vil det være naturligt, at de folder sig således, at deres hydrofile aminosyrer vender ud mod vandet. Inderst inde i proteinet vil de hydrofobe aminosyrer samles og interagere med hinanden. Dette vil give den mest stabile struktur, idet de aminosyrer, der ikke kan ”lide” vand, er ”gemt” inde i proteinet. AMP’er vil derimod strukturere sig således, at når de befinder sig nede i cellemembranen og har dannet en transmembran kanal, vil de hydrofobe aminosyrer vende ind mod cellemembranen, mens de hydrofile aminosyrer vil vende ud mod kanalen.
Mange funktionelle proteiner består ikke kun af én polypeptidkæde, men derimod af to eller flere polypeptidkæder. Disse kaldes subunits, og hver af dem har en unik tertiærstruktur. Proteinets kvartenærstrukur beskriver, hvordan de forskellige polypeptidkæder, eller subunits, vekselvirkninger med hinanden i et funktionelt proteinkompleks. Proteinets kvartenære struktur holdes sammen af svage bindinger (hydrogenbindinger og hydrofobe vekselvirkninger) samt disulfidbindinger. I mange store, komplekse proteiner vil de forskellige subunits have forskellige funktioner. I nogle proteiner vil man eksempeltvis se, at én subunit er en regulatorisk subunit, der regulerer proteinaktiviteten, mens en anden er en katalytisk subunit, der katalyserer den ønskede reaktion.
AMP’er er meget små molekyler og består kun af en enkel peptidkæde. De har derved ikke i sig selv en kvartenærstruktur. Når AMP’er binder sig til celler vil de finde sammen og danne en transmembran kanal. Eksempeltvis kan nævnes AMP’et trichotoxin (se figur 10), der ved kontakt med cellemembranen danner en transmembran kanal i sæt af 8 identiske peptider. De 8 identiske trichotoxin peptider har derved bundet sig sammen i en kvartenærstruktur. Den hydrofobe del af hvert AMP vender nu ud mod cellemembranen, mens den hydrofile del vil vende ind mod kanalen, der dannes. Det er dermed sekundærstrukturen, der bestemmer, hvor godt AMP’er binder sig til cellemembranen til at starte med, mens det er kvarternærstrukturen, der medfører celledød. Det ses herved, at det er vigtigt at omtale proteinstruktur på flere niveauer for at forstå AMP’ers specfikke virkningsmekanisme.
Figur 10. Når AMP’et, trichotoxin, har bundet sig til cellemembranen, vil 8 identiske peptider danne en transmembran kanal. Trichotoxin peptider sidder herefter i en kvartenærstruktur i cellemembranen.


Et af problemerne ved at benytte antimikrobielle peptider som lægemidler er, at de er proteiner, hvorved de let kan nedbrydes i kroppen af enzymer, der kaldes proteaser. Disse enzymer er stand til at bryde bindingerne mellem aminosyrerne i peptidkæden af AMP’erne. I forbindelse med udvikling af AMP’er som lægemidler er det derfor vigtigt at teste stabiliteten af peptiderne i blodet. Udformning af strategier til at stabilisere AMP’er over for proteaser er en vigtig del af det strukturelle design af peptiderne. En simpel lineær a-helix struktur er relativt følsom over for proteolyse, dvs. nedbrydning af proteaser. Når AMP’er skal designes og bruges som lægemidler, er det derved essentielt at introducere disulfidbindinger, som gør dem mere rigide og bedre i stand til at modstå nedbrydning.

Proteiner til aldersbestemmelse i arkæologien

Fra videnskab.dk
En af verdens førende bioarkæologer flytter til Danmark
Professor Matthew Collins er blandt verdens førende eksperter i at finde information om fortiden ved hjælp af ældgamle proteiner. Nu skal han udføre sin forskning på Københavns Universitet.
Matthew Collins bliver kaldt en 'Godfather' i bioarkæologi og har de seneste 20 år forsket i, hvordan proteiner overlever. I et nyt studie har han afsløret, at den ældste bevarede protein-sekvens kommer fra 3,8 mio. år gamle skaller fra et strudseæg. Protein kan dermed overleve hele 50 gange længere end DNA, som kun kan dateres 700.000 år tilbage i tiden.
Kristian Sjøgren Journalist
Professor Matthew Collins flytter til Danmark for i fem år at arbejde tæt sammen med blandt andre forskere på Center for Geogenetic ved Naturhistorisk Museum og Københavns Universitet.
Matthew Collins har fået bevilget 31 millioner kroner i forbindelse med sit Niels Bohr-professorat.
Det er et vigtig rygstød for dansk forskning, for Matthew Collins er en af verdens førende forskere inden for proteiner i bioarkæologi og er en af årsagerne til, at feltet i dag er kommet dertil, hvor det er.
Ifølge professor Tom Gilbert fra Center for Geogenetic kommer Danmark og Københavns Universitet til at nyde godt af 'one of the Godfathers' i bioarkæologi, som han siger. Kombinationen af Matthew Collins’ kompetencer og Center for Geogenetic kommer til at styrke Danmarks førerposition inden for forskningsområdet, som lektor Enrico Cappellini hidtil har stået for på universitetet.
»Matthew Collins udfører banebrydende arbejde. Allerede dengang, da jeg var ph.d.-studerende, var han berømt. Han er en serieudvikler, og så har han kontakt til alle inden for dette felt, så han kommer til at hjælpe os med at bygge verdens førende proteomics-center til udforskning af fortidens proteiner,« siger Tom Gilbert, der skal være Matthew Collins’ værtsprofessor, mens han er her.
Matthew Collins’ ophold i Danmark begyndte den 1. oktober 2016 og varer fem år, men han har intentioner om at blive længere. Han har modtaget et af Grundforskningsfondens Niels Bohr-professorater og 31 millioner kroner til sin forskning.
Matthew Collins tog sin Bachelor i marinezoologi ved University of North Carolina Wilmington i 1982 og sin ph.d. ved University of Glasgow i Skotland i 1986. Han blev professor i arkæologi i 2006. Fritiden bruger han i øjeblikket på at lære dansk. Professor Matthew Collins har blandt andet, sammen med Mike Buckley fra University of Manchester, opfundet Zooarchaeology by Mass Spectrometry (ZooMS) til hurtigt at identificere knogler og andre kollagen-baserede materialer i arkæologiske prøver.
Mike Richards er professor ved Institut for Arkæologi på Simon Fraser University i Canada, og ifølge ham er samarbejdet særdeles spændende. Ligeledes mener han, at Københavns Universitet kommer til at få glæde af en meget dedikeret forsker.
»Det er et meget spændende skifte for København og for forskningsområdet generelt. Matthew Collins er uden sammenligning den førende forsker inden for arkæologisk videnskab med muligheder for professorater på Harvard, Oxford og Cambridge. Det er rigtig godt for Danmark, at man har været i stand til at tiltrække ham,« siger Mike Richards.
Specielt peger han på de spændende muligheder, som friheden i det nye professorat på Københavns Universitet giver Matthew Collins for at gå endnu længere med sin forskning.
»Han har opnået bemærkelsesværdige resultater ved siden af sine andre akademiske forpligtelser med meget undervisning og administrative byrder. Nu skal han bare fokusere på at forske i den fantastiske atmosfære, der er i Center for Geogenetik,« siger Mike Richards, der forventer sig store resultater af forskningen i de kommende år.
Matthew Collins kommer fra Universitet i York, hvor han i 2003 stiftede forskningsgruppen BioArCh, en interdisciplinær gruppe af arkæologer, biologer og kemikere, med det formål at bruge biomolekyler til at besvare arkæologiske spørgsmål.
Han er oprindelig marinezoolog og geolog, men kaldet har altid været at finde gamle biologiske molekyler og bruge dem til at sige noget om fortiden.

Matthew Collins river teltpælene op og fortsætter sin forskning i Danmark efter 13 år i York i Storbritannien. (Foto: Wikiwand)
Gennem de seneste tyve år har det dog været proteinerne, som har trukket i ham, og han fortæller selv, at alle, der i dag arbejder med gamle proteiner, på et tidspunkt har været ph.d.-studerende hos ham.
Samarbejde kendetegner i det hele taget Matthew Collins’ forskerkarriere. Gennem de seneste år har han arbejdet tæt sammen med forskere fra Københavns Universitet. Det gælder blandt andre professor Eske Willerslev, der er leder af Center for Geogenetic, og Enrico Cappellini.
De to samarbejdede i 2007 omkring at datere den grønlandske iskappe ved hjælp af biologisk materiale, som de fandt i iskerneboringer.
Han har også samarbejdet med Saxo-Instituttet på Københavns Universitet om artbestemmelse af knogler, som er blevet brugt i stenalder-pilespidser, Det Kongelige Bibliotek om artsbestemmelse af dyr, hvis skind er brugt som bogomslag, og Center for Tekstilforskning, ligeledes Københavns Universitet.
»Jeg har i lang tid haft meget tætte arbejdsrelationer til Danmark og til Københavns Universitet, så da muligheden bød sig for, at jeg kunne fortsætte min forskning i Danmark, slog jeg til,« fortæller Matthew Collins om valget at rive teltpælene op og prøve noget nyt efter 13 år i York.
Der var ikke neandertalere i England for 125.000 år siden
Blandt Matthew Collins mange opsigtsvækkende forskningsresultater er han selv særdeles stolt af, at han ved hjælp af gamle proteiner har dateret samtlige steder i Storbritannien, hvor der har levet mennesker i fortiden.
Efterfølgende har han har koblet resultaterne til fund af stenredskaber.
Blandt andet viste resultaterne af det forskningsprojekt, at der for 125.000 år siden ikke boede neandertalere på øerne, selvom der i perioden var mellemistid på kloden, og Storbritannien ikke var dækket af is.
»Det har været foreslået førhen, men vi kunne for første gang bekræfte det på tværs af mange forskellige arkæologiske steder. Der levede næsehorn og heste, men ingen neandertalere. Det kan vi se ud fra dateringerne af stenredskaberne. I alle andre varmeperioder levede der mennesker i Storbritannien, men bare ikke da. Det var en interessant opdagelse,« siger Matthew Collins.
Den engelske forsker har også brugt proteiner til at finde ud af, om folk i stenalderen drak mælk.
Det gjorde han ved at finde proteiner på indersiden af krukker, som for 5.000 år siden var blevet brugt til at opbevare mælk i. Ved hjælp af proteinerne kunne han bestemme, at stenaldermenneskerne drak fåre- og komælk.
Et stort forskningsprojekt af Matthew Collins afslørede ud fra dateringer af stenredskaber, at der for 125.000 år siden ikke boede neandertalere i Storbrittanien, men kun næsehorn og heste. (Foto: Shutterstock) »Det var et overraskende fund, da mennesker ikke skulle have været i stand til at drikke komælk for 5.000 år siden. En mutation i vores genom gør, at vi kan drikke mælk i dag, og den mutation var ikke opstået for 5.000 år siden. Vi forstår stadig ikke helt, hvordan det kunne lade sig gøre, men vi kan se beviserne på, at det kunne,« forklarer Matthew Collins.
Ved hjælp af proteinforskning kan Matthew Collins ikke bare finde ud af, hvad folk har drukket i fortiden. Han kan også finde ud af, hvad de har spist.
Ved at undersøge proteiner i plak på tænder, kan han slå fast, hvilke former for kød folk har spist, og om de har husket at spise deres grøntsager. Han kan også se, hvilke bakterier der har levet i munden på folk.
Alle disse kompetencer tager Matthew Collins med sig til Danmark.
Her er det sigtet, at han med sin forskning skal lægge fundamentet for forståelse af proteiners overlevelse over tid og finde ud af, hvor man kan bruge proteiner til at sige noget om fortiden.
Potentialet i den sammenhæng er endnu større end potentialet i DNA, som Center for Geogenetic er verdens førende center for forskning i.
»Idéen er den, at man ofte kan finde proteiner fra uddøde dyr, hvor der ikke længere er DNA tilbage. Men i stedet for at foretage små projekter hist og her skal Matthew Collins lægge det forskningsmæssige og forståelsesmæssige fundament for, hvor vi kan bruge proteiner og til hvad,« forklarer Tom Gilbert.
På nuværende tidspunkt er et hestegenom på 700.000 år verdens ældste genom. Opdagelsen kommer ikke overraskende fra Center for Geogenetic, nærmere bestemt fra professor Ludovic Orlandos forskningsgruppe.
Verdens ældste proteiner er derimod 3,8 millioner år gamle strudseproteiner, som Matthew Collins netop har fået offentliggjort sin opdagelse af.
»Men jeg tror, at vi kan komme endnu længere tilbage i tiden. Måske omkring 40 millioner år. DNA kan ikke overleve i så lang tid, så hvis vi vil have en indsigt i de organismer, som levede dengang, kan proteiner give os et vindue til fortiden, som DNA ikke kan. Strudseproteinerne er desuden fra Afrika, og alt andet lige vil proteiner, som er blevet opbevaret et koldt sted på kloden, kunne holde sig endnu længere,« siger Matthew Collins.
Et andet forskningsområde bliver at forfine metoder til at identificere arter ud fra levn fra fortiden. Det kan eksempelvis dreje sig om tænder, knogler eller skind.
Ved at identificere, hvilke typer knogler danskerne brugte til at fremstille pilespidser i stenalderen, kan forskere få et helt nyt indblik i, hvilke dyr datidens mennesker jagede. Og det er blot ét eksempel på det, som forskningen kan bruges til.
»Man kan også forestille sig, at man kan undersøge skind fra vikingetiden. Ved at finde ud af, hvilket dyr skindet stammer fra, kan man fortælle noget om vikingernes levevis. Er et skind eksempelvis fra en hvalros, kan man konkludere, at vikingerne har været på jagt i Grønland. Det er den slags spørgsmål, som vi kan begynde at besvare med Matthew Collins’ forskning,« siger Tom Gilbert.
Begge forskere er enige om, at man ved at flytte verdens førende forsker inden for gamle proteiner under samme tag som verdens førende forskere inden for gammelt DNA får en meget potent forskergruppe på Københavns Universitet.
I tillæg skal Matthew Collins arbejde tæt sammen med Novo Nordisk Foundation Center for Protein Research, der er verdensledende, når det kommer til instrumenter til at foretage proteinforskning.
»Begge steder har fænomenale faciliteter til at studere DNA og proteiner, og jeg glæder mig meget til at begynde arbejdet dér,« siger Matthew Collins.
Tom Gilbert glæder sig også til at arbejde endnu tættere på Matthew Collins, og det er han ikke ene om.
»Pointen er, at forskningen ikke bliver begrænset til ét område. Det er et meget interdisciplinært og internationalt forskningsprojekt, som her bliver stablet på benene. Rigtig mange mennesker er entusiastiske omkring det,« siger han

Proteiner giver DNA tæsk – ser rekordlangt tilbage i tiden
Med proteiner kan forskere nu se 3,8 millioner år tilbage i tiden og slår dermed den tidligere DNA-verdensrekord med flere længder. Metoden lader os potentielt se tilbage til dinosaurernes tid, mener forsker bag.

Wonderwerk hulen Sydafrika Nord-Kapprovinsen udgravning arkæologi palæontologi proteiner
Proteinanalyserne er lavet på æggeskaller fra berømte arkæologiske udgravninger - bl.a. Wonderwerk-hulen i Sydafrika, som ses på billedet her. (Foto: Michael Chazan)
Charlotte Price Persson Journalist
Hvor langt kan vi mennesker egentlig se tilbage i tiden? For bare 3 år siden lød rekorden på 70.000 år. Det var indtil DNA-forskere i 2013 kortlagde arvemassen for en 700.000 år gammel hest.
Nu er verdensrekorden slået igen – betragteligt, vel at mærke. Denne gang er det bare ikke DNA, der har slået rekorden, men derimod DNAs fætter, proteiner.
Ide hjemsøgte forsker i 21 år
Læs meget mere om proteinanalyse, og hvordan Matthew Collin måtte knokle i to årtier (!), før han nåede frem til de opsigtsvækkende resultater, som her er beskrevet, i artiklen 'Proteinanalyse: Lys idé hjemsøgte forsker i to årtier'.
En gruppe forskere har fundet nøglen til at ’låse op’ for 3,8 millioner år gamle proteinsekvenser, og nøglen – en ny proteinanalysemetode – vil ifølge hovedforfatteren fremover gøre muligt at kigge op mod 40 millioner år tilbage i tiden. Måske vil det med det rigtige materiale endda kunne lade sig gøre at kigge tilbage til dinosaurernes tid, mener han.
»Det her er det mest spændende studie, jeg nogensinde har publiceret,« lyder det fra professor professor i biomolekylær arkæologi Matthew Collins, som i mange år har arbejdet ved University of York, men snart flytter til Københavns Universitet.
Fortidsmennesker elskede æggeskaller
Det er forskere fra Københavns Universitet, University of York og University of Sheffield, der har fundet de ekstremt gamle proteinsekvenser i æggeskaller, som er hentet fra diverse arkæologiske udgravninger i Afrika. Alle er berømte udgravninger - heriblandt Wonderwerk-hulen i Nord-Kapprovinsen i Sydafrika og Olduvai Gorge i Tanzania – hvor skallerne fra strudseæg ofte findes i meget store mængder.
Protein og DNA
Egentlig er proteiner og DNA to sider af samme sag, idet DNA’et koder for, hvilke proteiner skal komme til udtryk i cellerne.
Både proteiner og DNA nedbrydes over tid; forskellen er, at DNA-kæder falder fra hinanden 10 gange hurtigere end proteiner.
Fortidens mennesker brugte blandt andet skallerne til at lave kunst og smykker eller til at fragte vand. Skallerne er meget velegnede til denne type studie, fordi de er tykke, slidstærke og overlever under mange forskellige miljømæssige betingelser.
»Vi har i mange år vidst, at proteiner kan give os flere ledetråde til fortiden, men når vi kiggede på nedbrydningen af proteiner i æggeskaller, gav det os uventede resultater sammenlignet med andet fossilt materiale, og indtil nu har vi ikke rigtig vidst hvorfor,« fortæller Matthew Collins.
Olduvai Gorge arkæologisk udgravning strudseæg æggeskaller .
Olduvai Gorge i Tanzania er en skattekiste for arkæologer og en af de vigtigste palæoantropologiske sites i verden
Olduvai Gorge i Tanzania er en skattekiste for arkæologer og en af de vigtigste palæoantropologiske sites i verden. (Foto: Manuel Domínguez-Rodrigo)
Fossile proteiners potentiale
Forskerne bag det nye studie mener, at man fremover med fossile proteiner vil kunne kaste nyt lys over, hvordan mennesker og dyr levede og interagerede i fortiden, hvordan nogle arter uddøde, og hvorfor andre fortsatte deres evolution og stadig lever i bedste velgående i dag.
Resultaterne giver også arkæologer mulighed for at være mere præcise i deres udvælgelse af, hvilke fossiler de undersøger til dybere analyser.
Studiet, som netop er publiceret i open access-tidsskriftet eLife, møder flotte ord fra en anden forsker, professor Mike Richards, som ikke har været involveret, men kender til indholdet. Mike Richards forsker selv i menneskets evolution og ser store muligheder for, at metoden en dag skal vise sig brugbar for hans egen og andres forskning.
»Det er et fremragende og banebrydende studie. Det viser, at proteiner kan overleve i ekstremt gamle prøver og giver samtidig en meget plausibel forklaring på, hvordan det er muligt,« skriver han i en mail til Videnskab.dk.
»Det her vil være det studie, som alle andre fremover kommer til at referere til, når de bruger de samme metoder til at ekstrahere og sekventere gamle proteiner,« fortsætter Mike Richards, som arbejder ved Simon Fraser University.
Proteiner og DNA går hånd i hånd
Proteiner kan ikke give forskerne de samme oplysninger, som DNA kan, og man skal derfor ikke tænke det som et ’enten-eller’, men som et ’både-og’, mener Matthew Collins. Nogle gange vil DNA kunne bibringe information, som proteiner ikke kan, og andre gange vil det være omvendt.
Men med proteinmetoden, som på engelsk hedder ’proteomics’, har vi fået nøglen til at låse op for nogle ældgamle informationer, som under ingen andre omstændigheder ville have set dagens lys.
Mike Richards er enig – vi skal ikke til at kassere DNA-forskningen, men snarere se proteinerne som et kærkomment supplement. Proteinerne er meget mere stabile over tid og har derfor stort potentiale til at give fylogenetiske oplysninger på prøver, hvor DNA-analyse ikke er muligt, forklarer han.
Fylogenetik
Fylogenetikken beskriver organismernes afstamning og samler beslægtede organismer i grupper.
For eksempel har mennesket og chimpansen en fælles stamfader for færre år siden, end mennesket og gorillaen har, og er derfor fylogenetisk tættere beslægtet.
»Proteinsekvenser er ikke helt så informative som DNA-sekvenser og kan kun give os begrænsede oplysninger, men de er imidlertid stadig meget vigtige – og dette er en virkelig spændende ny metode,« skriver han til Videnskab.dk.
En nøgle til fortidens låste døre
Studiet, som har været 21 år undervejs, er for Matthew Collins at se en nøgle til nogle af fortidens døre, som tidligere har været ubehjælpeligt låst for os. Han er, tydeligvis, begejstret for perspektiverne i den nye metode.
»Det får os til at spekulere over, hvilke faktorer der er nødvendige for proteiners overlevelse. I det system, vi har undersøgt, bremses proteinernes nedbrydning, fordi vandmolekylerne kun har haft adgang til proteinmolekylernes overflade - men hvis vi for eksempel kan finde et system helt uden vand, kan vi finde sindssygt gamle proteiner.«

Dinosaur Tyranosaurus Rex flyveøgle
Alle dinosaurer — undtagen fugle — forsvandt ved slutningen af Kridttiden for 65 millioner år siden.
Vi kan blive klogere på menneskets udvikling, på pattedyrenes evolution, og ja, potentielt gå helt tilbage til dinosaurernes tid på Jorden.
»For nylig publicerede vi et studie om neandertalere, hvor der ikke var noget DNA-materiale, og som derfor ikke havde kunnet lade sig gøre uden proteinanalyse, så jeg mener, at det allerede er begyndt at revolutionere forskningen,« siger Matthew Collins.

Omdiskuteret DNA-studie af menneskets evolution var forurenet
Et meget omdiskuteret studie af DNA fra 43.000 år gamle australske menneskeknogler udfordrede billedet af vores udviklingshistorie i 2001. Nu siger forskere, at resultatet skyldtes forurening.
Det oprindelige fund af Mungo Mennesket dukkede op af det røde sand ved den forhistoriske sø Mungo i det sydvestlige New South Wales i Australien. (Foto: Wilfred Shawcross) Rasmus Kragh Jakobsen journalist

Historien om Mungo Mennesket begynder ved bredderne af den for længst udtørrede, forhistoriske sø kaldet Mungosøen i Australiens øde vildnis 700 km vest for Sydney. I disse år baner studier af arvemateriale fra titusinder år gamle knogler vejen for, at forskerne kan vende den ene nye side efter den anden i menneskets store historiebog.
Men der er også faldgruber, og nu har et internationalt forskerhold gennemgået et studie fra 2001 af nogle af de vigtigste menneskeknogler, fundet i Australien.
Ifølge forskerne bag 2001-studiet gav resultaterne et helt andet billede af, hvem vi er som mennesker: I stedet for at moderne mennesker opstod i Afrika, som en indtil da uset kraft og intelligens, der på kort tid fejede alle tidligere menneskearter af banen, pegede studiet på, at vi var de tidlige menneskearters efterkommere, som parallelt havde udviklet sig til moderne mennesker flere steder i verden.
Den kontroversielle teori man kalder ’multiregional-hypotesen’. Men teorien skydes nu ned af det nye forskerhold. »Vi finder, at det i virkeligheden må have været forurening,« siger professor Eske Willerslev ved Center for GeoGenetik på Statens Naturhistoriske museum, der er en af forskere bag den nye analyse.
»Mig bekendt er det studie de eneste genetiske data, som understøtter multiregional hypotesen, og nu viser vi, at den støtte er væk.« 
Men en anden dansker, seniorforsker Lars Jermiin, der stod bag de fylogenetiske analyser i 2001, er ikke overbevist.
»Det er rigtigt spændende forskning, men jeg mener stadig, at de sekvenser, vi havde, er udmærkede,«  siger Lars Jermiin, som i dag arbejder med klimaforandringer ved CSIRO, Australian National University i Canberra. Det nye studie er netop offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift PNAS.
Historien om Mungo Mennesket
Historien om Mungo Mennesket begynder ved bredderne af den for længst udtørrede, forhistoriske sø kaldet 
Mungosøen i Australiens øde vildnis 700 km vest for Sydney.
Her gjorde geologen, Jim Bowler, i februar 1974 et af de vigtigste fund i menneskets udviklingshistorie, da han en eftermiddag ledte efter fossiler og så en hvid kæbeknogle i sandet.
Det viste sig at være en del af et helt skelet dækket med rød okker, hvilket afslører et af det moderne menneskes kendetegn – en ceremoniel begravelse.
I 1999 daterede forskerne sensationelt knoglerne til mellem 56.000 og 68.000 år (siden revideret til 43.000 år) og viste, at Bowler havde fundet det ældste, moderne menneske udenfor Afrika, Mungo Mennesket.
Fundene af de ældste levn af moderne mennesker udenfor Afrika har gjort Mungo-søen til en del af Unescos Verdensarv. For 40.000 år siden var det et frodigt paradis for de første australiere, rigt på nu uddøde kæmpekænguruer og gigantiske emu’er. Der eroderer stadig nye knogler og fortidslevn ud af sandet. (Foto: Sherene Lambert (St Augustine's College, Ipswich, Australia)


Forskerne præsenterede DNA fra Mungo Mennesket
Bare to år senere offentliggjorde palæoantropologen, Alan Thorne, sammen med australske kolleger og daværende post-doc., Lars Jermiin, fundet af DNA fra Mungo Mennesket.
De kunne nu præsentere cirka 320 DNA-baser fra et menneske, som var næsten dobbelt så gammelt, som det hidtil ældste, fossile menneske-DNA. Helt præcist den lille del af vores arvemateriale, som findes i cellernes energifabrikker, mitokondrierne (mtDNA), og kan bruges til at tegne den kvindelige slægtslinje. Fundet var så overraskende, at det blev modtaget med stor skepsis, ikke mindst den kontroversielle, fylogenetiske analyse, som afslørede, at mtDNA'et var forskelligt fra nogle andre mennesker - levende som døde - samtidig med at skelettet tydeligvis var anatomisk moderne. Fundet modbeviste 'ud af Afrika'-teorien
For Alan Thorne kunne dén kombination kun betyde én ting:
At den ellers accepterede ’Ud af Afrika’-teori om, at det moderne menneske opstod i Afrika og herfra koloniserede resten af verden indenfor de sidste 60-125.000 år, var forkert.
Både fordi arvematerialet viste, at Mungo Mennesket faldt udenfor den kendte variation, der findes i Afrika, og fordi de nærmest måtte være nået til Australien før de havde forladt Afrika. Thorne: Bevis for multiregional hypotesen I stedet påstod Thorne, at DNA'et var bevis for multi-regional hypotesen.
Ligesom Ud af Afrika hypotesen siger den, at mennesket stammer fra Afrika blot fra en anden meget tidligere udvandring.
Homo erectus forlod Afrika for omkring 2 millioner år siden, og vi er ifølge multiregional-teorien dens efterkommere, som siden da har udviklet os parallelt i Asien, Europa og Afrika.
Mennesketyper fra hver region har ind i mellem fået børn sammen, så gener er udvekslet på tværs, og Thorne argumenterede for, at regionale træk som tilpasninger til klima og miljø har kunnet blive bevaret regionalt samtidig med, at mennesketyperne globalt fortsatte ad en fælles evolutionær sti mod det moderne menneske. Med andre ord en helt anden fortælling om, hvem vi er som mennesker.
Studiet fra 2001 påstod, at DNA'et var bevis for multi-regional hypotesen. Ligesom Ud af Afrika hypotesen siger den, at mennesket stammer fra Afrika blot fra en anden meget tidligere udvandring. Homo erectus forlod Afrika for omkring 2 millioner år siden, og vi er ifølge multiregional-teorien dens efterkommere, som siden da har udviklet os parallelt i Asien, Europa og Afrika. Med andre ord en helt anden fortælling om, hvem vi er som mennesker. (Foto: Shutterstock)
Fundet affødte voldsom debat Artiklens usædvanlige fund og det, at den blev taget som bevis for multiregional-teorien, affødte en voldsom videnskabelig debat, og en af de kritikere, som mente, at DNA'et umuligt kunne være bevis for teorien, var den unge, danske forsker Eske Willerslev.
»Det var faktisk min første artikel i Science,« siger han om den kritik af artiklen, det prestigefyldte videnskabelige tidsskrift Science valgte at trykke i 2001. Studerer de samme knogler med moderne teknologi
Nu har Willerslev så sammen med kolleger fået tilladelse fra de tre aboriginerstammer, Barkindji, Ngiyampaa og Muthi Muthi, som i dag ejer fossilerne, til at studere knoglerne en gang til.  
I de mellemliggende 15 år er der sket en revolution af DNA-kortlægningsteknologierne, som gør kortlægningen meget mere følsom og præcis.
Et af problemerne ved den PCR-metode, man brugte i 2001, er, at man kopierer og mangedobler DNA'et og derved risikerer at forstærke signaler, som ikke kommer fra den oprindelige prøve, men er forurening.
Et andet problem er, at DNA-stykker kan blive sat sammen og ligne ét stykke, selv om de virkeligheden er to helt forskellige stumper.
Samtidig er nogle af fordelene ved de nye metoder, at man kan finde mere nedbrudt DNA, og at man kortlægger alt DNA i prøven.
Dermed kan man se alt bakterie-, svampe- og menneske-DNA, og det hjælper til at vurdere, om der virkelig er oprindeligt DNA tilbage.
Nyt studie: Knoglerne er forurenede
Willerslev og hans kollegaer har undersøgt fire forskellige levn fra området, men blot fundet menneskeligt DNA i to af dem - og ikke noget af det DNA, som blev rapporteret i 2001.
Fra knoglerne af selve Mungo Mennesket har de fundet mtDNA fra fem forskellige europæere, dvs. DNA-forurening fra de personer, som har håndteret dem i tidens løb.
De har også forsøgt at finde DNA i de oprindelige prøver taget i 2001, men heller ikke her kunne de finde det samme DNA.
»Konklusionen er, at alt det DNA de fik i deres resultater, med al sandsynlighed er forurening, og det betyder, at de fylogenetiske træer er lavet på forurening,« sige Eske Willerslev.
Jermiin: »Betyder ikke, at vores resultater er forkerte«
Men så langt er Lars Jermiin ikke parat til at gå. »Det er uheldigt, at de ikke er i stand til at isolere DNA fra de individer, vi arbejdede med. Men det betyder ikke, at vi ikke var i stand til at gøre det, og at vores resultater er forkerte,« siger Jermiin.
Han peger på, at de selv kan have været heldige med en knogle, hvor DNA'et stadig var bevaret, eller at DNA kan være forsvundet pga. af de forhold, knoglerne har været opbevaret under i de mellemliggende år.
Willerslev og hans kollegaer har undersøgt fire forskellige levn fra området, men blot fundet menneskeligt DNA i to af dem - og ikke noget af det DNA, som blev rapporteret i 2001. Fra Mungo Menneskets knogler har Willeslev fundet mtDNA fra fem forskellige europæere, dvs. DNA-forurening fra de personer, som har håndteret dem i tidens løb. Men ifølge Lars Jermiin er dette ikke endbetydende med, at resultaterne fra 2001-studiet er forkerte. (Foto: Shutetrstock)
»Jeg synes, vi begge har gjort det bedste, vi kunne gøre, og der er måske nogle årsager, som vi ikke rigtig forstår endnu, der gør, at vi var i stand til at sekventere nogle sekvenser, som de ikke var i stand til og vice versa,« siger Lars Jermiin.
Den mulighed medgiver Willerslev og kolleger også i artiklen, men de viser også, at et artefakt i den oprindelige analyse betyder, at prøven er helt speciel.
»Ligeså snart man fjerner den del, falder alt indenfor den almindelige, menneskelige variation, og hele deres ide om, at det skulle være noget meget særligt, falder fra hinanden,« siger Willerslev. Er der tale om en overfortolkning?
Lars Jermiin har ikke haft tid til at gennemgå data'ene og analysere dem selv, så for ham er det for tidligt at udtale sig om resultatet, men han er ikke overbevist om, at den nye analyse er rigtig.
»Umiddelbart synes jeg ikke, at de bruger den bedste analysemetode, og jeg savner, at de tester, hvilken model der passer bedst til data'ene. Der ville man normalt teste 5-6 modeller, og det, synes jeg, kunne være spændende,«  siger Lars Jermiin.
»For mig personligt er det vigtigste ikke, hvilken model der er rigtig, men at vi gør det bedste, vi overhovedet kan med vores analyser. Jeg har altid påpeget, at det er en alt for stor ekstrapolering at fortælle historien om vores 3 milliarder DNA-baser ud fra de her kun 320 positioner. Jeg synes ikke, vi overfortolkede i vores artikel, men mange læste den og overfortolkede den på baggrund af deres egen holdning.«
De næste sider af historien
Hvor stiller de to studier os så i forhold menneskets udviklingshistorie?
Multiregional hypotesen har været i modvind i de senere år, og kun en minoritet holder fast i den, mens ’Ud af Afrika’-hypotesen er den bredt accepterede.
Ikke desto mindre har elementer af multiregional teorien sneget sig ind i historien de seneste år. Studier af fossilt DNA har nemlig afsløret, at flere forskellige mennesketyper har fået børn sammen på tværs af de regioner, hvor de udviklede sig, og givet DNA videre frem til os i dag, ligesom multiregional hypotesen siger.
Både vores forfædre har fået børn med neandertalere og den nyligt opdagede søsterart, denisovaen, og de to arter har fået børn indbyrdes.
Men som det ser ud i dag, er mennesket opstået i Afrika, og generne fra de gamle arter har kun bidraget nogle få procent ind i vores arvemateriale.
Så vi ser ud til at være en art, der for nyligt er kommet ud af Afrika og siden har mødt og blandet os lidt med nogle andre mennesketyper på vores vej.
Fossilt DNA kan ændre vores historie
Men historien viser, at med fossilt DNA kan et enkelt nyt fund radikalt ændre vores historie, og hvis Mungo Mennesket gemmer på verificerbart fossilt DNA, er tiden ved at rinde ud.
Efter 42 år er skelettet overdraget til de oprindelige aboriginere og er på vej til at blive genbegravet. Barkindji, Mutthi Mutthi og Ngiyampaa har aldrig haft brug for videnskaben til at fortælle dem det, de altid har vidst - at de er efterkommere af de første australiere.