KTH utvecklar kemiprisade datorsimuleringar

Upptäckten som forskarna gjorde på 1970-talet har blivit ett fönster till ökad kunskap om människan och naturen.

– Priset sätter ljus på ett effektivt forskningsredskap som ger samhället stor nytta. Det betyder dessutom mycket att både teori och modellering belönas, säger Hans Ågren, professor i teoretisk kemi vid KTH.

Det är genom verklighetstrogna datormodelleringar som forskarna får insikter om kemiska skeenden på atomnivå, något som tidigare varit svårt att skapa i laboratoriemiljö. Det har varit praktiskt omöjligt att experimentellt kartlägga varje litet steg i ett kemiskt förlopp, då det handlar om bråkdelar av microsekunder för elektroner att hoppa från en atomkärna till en annan.

– I datorsimuleringarna av biologiska molekyler och kemiska reaktioner kan vi enkelt byta ut byggstenar i den kemiska sammansättningen och se vad som händer. När vi är nöjda med simuleringen går vi in i labbet och utför idén fysiskt, säger Erik Lindahl, professor i biofysik vid KTH och Stockholms universitet och verksam vid Science for Life Laboratory.

Hans Ågren och Erik Lindahl leder var sin forskargrupp på KTH som arbetar med simuleringarna. Hans Ågren har under sina 15 år på området bland annat utvecklat programmet DALTON tillsammans med sin forskargrupp. Mjukvaran är numera världsledande för den typ av modelleringar som kallas multiskalsmodelleringar och som årets kemipris gäller. Här samarbetar Ågrens och Lindhals grupper. När Ågrens typ av modellering interagerar med den typ av modellering som Lindahls grupp arbetar med, som kallas dynamisk modellering, så är det forskning på precis det område som ingick i Nobelpristagarnas visioner och som de nu belönas för.

Erik Lindahl har också arbetat tillsammans med Michael Levitt i början av 2000-talet kring datorsimuleringarna i Levitts laboratorium i Stanford i USA. Senare har han varit drivande för att bygga upp forskningssatsningar inom vetenskapen för kraftfulla datorer, så kallad e-vetenskap. Forskningen bedrivs på Science for Life Laboratory som KTH etablerat tillsammans med Stockholms universitet, Karolinska Institutet, Linköpings universitet och Uppsala universitet.

– Michael Levitt har varit en stor inspirationskälla och stark mentor för oss. Inte minst i vårt arbete med att utveckla programmet GROMACS, säger Erik Lindahl. Datorprogrammet är numera ett av de mest använda i världen för just dynamiska molekylära simuleringar.
Arieh Warshel har betytt mycket för Hans Ågrens grupp bland annat genom sina återkommande föreläsningar på  KTH.
 
Datorsimuleringar bidrar till innovationer

• Stora läkemedelsföretag använder i dag modellering och simulering i sin tidiga forskning för att hitta nya läkemedel och bättre personanpassade läkemedel. Det leder till nya generationer av läkemedel med mycket hög och noggrann effekt samtidigt som biverkningarna blir färre.
• Till exempel hoppas forskarna att simulera hur läkemedel samverkar med enskilda atomer i olika proteiner i nervsystemet, vilket kan göra det möjligt att finjustera effekterna hos mediciner mot psykiska sjukdomar och olika typer av beroenden.
• Med multiskalsmodellering kan forskarna designa speciella molekylära markörer som hjälper till att spåra sjukdomar under den allra tidigaste utvecklingsfasen, som till exempel för Alzheimer.
• Simuleringarna används inom fler områden än hälsa och läkemedel. Natur- och miljöforsningen är bara ett exempel. Nanoteknologin är ett annat, där ibland nanostrukturerade solceller. Ett tredje område kan vara att förutspå egenskaper hos plaster, förpacknings- och smörjmedel.