Projekter vi har finansieret

Slangens imponerende evne til at faste og æde Slanger er verdensmestre i at faste, og tarmen og mange af de andre organer bliver mindre, når de går i månedsvis uden at få mad. Men, modsat os mennesker, besidder slangerne en meget imponerende evne til at restituere kroppens funktioner ganske få timer efter de har slugt en rotte. Der er mange eksempler fra mennesker, hvor det efter lang tids sygdom kan være svært at genopbygge de forskellige organers funktioner, og vi kan lære af at studere dyr, der igennem mange millioners års evolution, har tilpasset sig den særlige ædeadfærd. Vi er netop ved at afslutte en undersøgelse af hvilke gener der tændes og slukkes i slangernes organer når de fordøjer et stort måltid. Med udgangspunkt i disse molekylære studier, ønsker vi nu at studere de fysiologiske mekanismer, der muliggør, at tarmens evne til at optage næringsstoffer og hjertets evne til at pumpe blod rundt i kroppen hurtigt genetableres. Disse målinger foretages blandt andet ved at udnytte en række af de nyeste og mest moderne skanningsteknikker. Desuden vil vi indoperere avancerede dataloggere, der kan foretage målinger på slangerne, mens de fanger og fordøjer de store måltider under naturlige forhold i det fri. Projektet bygger på et bredt samarbejde mellem biologer, læger, molekylærbiologer og bioinformatikere, og det er muligt, at vores studier på sigt kan være med til at forbedre den kliniske behandling af patienter med nedsat tarm- og hjertefunktion.

Den pladetektoniske teori kan forklare de fleste observationer af den dynamiske udvikling af planeten Jorden. Teorien havde den samme indflydelse på geovidenskaberne for fyrre år siden som Darwins teorier for biologien et århundrede tidligere. Nogle storskala fænomener kan dog ikke forklares direkte med denne teori, bl.a. oprindelsen af de trans-atlantiske bjergkæder. Dette muliggør udvikling af nye geodynamiske teorier, som må baseres på detaljeret kendskab til struktur og sammensætning af bjergarterne i jordens indre. I dette projekt tolkes allerede seismologiske data fra det nordlige Skandinavien mellem 63 og 71° N. Integreret tolkning af seismologiske, refraktionsseismiske og gravimetriske data vil lede til en detaljeret forståelse af hele litosfærens (jordskorpen og den øverste kappe) struktur og sammensætning, samt give oplysning om eventuel anisotropi i asthenofæren, hvilket kan være en indikator for den tektoniske plades bevægelse. Tolkningerne vil vise om jordskorpen er i isostatisk ligevægt eller om topografien er bestemt af dynamiske kræfter fra jordens kappe. Resultaterne vil danne grundlag for kvantitative modelleringer af de geodynamiske processer, som har forårsaget dannelsen af de enigmatiske bjergkæder omkring Nordatlanten. Projektet udføres i et internationalt samarbejde og det indgår i en række internationale samarbejdsprojekter om seismologi og geodynamik, herunder TopoEurope, som er et pan-Europæisk samarbejdsprojekt.

Celler i levende væv er konstant i mekanisk vekselvirkning med deres omgivelser. Disse vekselvirkninger har betydning for cellens formering, overlevelse og migration. For cancer celler er den mekaniske vekselvirkning med omgivelserne særligt vigtig, cancer celler undergår nemlig ukontrolleret formering og invaderer det omkringliggende væv, de kan krydse selv svære barrierer såsom en blodåres væg, og er cancer celle først i blodbanen, spredes kræften let til andre områder. En tumor opdages typisk som væv, der er hårdere end omgivelserne, og en af cancer cellens karakteristika er netop dens evne til mekanisk at tilpasse sig omgivelserne. I dette projekt, et samarbejde mellem fysikere og kræft celle biologer, vil vi bruge avancerede kraft målings og mikroskopi teknikker til at undersøge de fundamentale mekaniske vekselvirkninger mellem cancer celler og deres omgivelser. Specielt vil vi undersøge cancer celle dynamik og kvantificere de kræfter, som cellen udøver på omgivelserne. Herunder vil vi undersøge, hvordan cellen mekanisk gør sig stærk nok til at invadere rask væv og krydse barrierer, og teste den hypotese, at de mekaniske vekselvirkninger med omgivelserne har betydning for cancer cellens aggressivitet. Projektet vil væsentligt forøge vores viden om cancer cellers mekaniske kontrol mekanismer. Disse resultater vil bane vejen til nye terapi former, hvor man mekanisk kontrollerer metastatiske celler, som er ansvarlige for over 90 procent af cancer relaterede dødsfald.

Blandt molekylære maskinerier er P-type pumper nok de mest fleksible, idet stort set hver eneste del af dem bevæger sig på en eller anden måde under katalyse. Vi har nu identificeret adskillige 3D strukturer af de kendteste P-type pumper i forskellige stadier af deres katalytiske cyklus, og denne viden hånd i hånd med funktionelle karakterisering og mutagenesestudier gør,at vi nu kender den grundlæggende transportmekanisme i detaljer. Som en naturlig udvikling virker tiden nu moden til at fokusere på nye pumper, der hidtil har vist sig genstridige hvad angår funktionelle studier. De mindst undersøgte medlemmer af P-type ATPase superfamilien tilhører underfamilien af P5 ATPaser. Denne gruppering kendes ikke fra prokaryote organismer, men opstod i de første eukaryoter, da de udskilte sig fra archaebakterier, og findes nu i alle eukaryote celler. Akkumulerende mængder af data indikerer at disse pumper spiller en central rolle i 'the secretory pathway', det basale cellulære system der muliggør at nyligt syntetiseret protein og lipid kan transporteres rundt i og ud af cellen, og mutationer i P5 ATPaser er associeret med alvorlige sygdomme i mennesket, blandt andet Parkinsons syge. Ikke desto mindre ved vi knapt hvad disse pumper foretager sig, da den biokemiske karakterisering af dem har vist sig at være meget vanskelig. Vi ved ikke engang, hvad det er, disse pumper pumper. Formålet med nærværende projekt er at identificere P5 ATPasers transporterede substrat(er).

Hvordan får vi bedre tomografiske metoder til brug i fx medicinsk billeddannelse og materialefysiske studier? I tomografi rekonstruerer vi 2D- og 3D-billeder af et objekts indre ud fra målinger foretaget udenfor objektet. I væsentlige anvendelsesområder er det imidlertid vanskeligt, ved brug af én tomografisk metode (fx CT-skanning), at opnå både detaljerigdom og høj kontrast i billederne pga. begrænsninger i den bagvedliggende fysik. Derfor skal der udvikles nye teknikker, som kan give forbedrede billeder med både detaljer og kontrast. Forbedringen opnås via en kombination af to forskellige koblede fysiske fænomener, fx elektriske strømme og akustiske bølger, hvilket giver således anledning til hybride data. I dette projekt fokuseres specifikt på brugen af hybride data til impedans-tomografi. Der knytter sig en række ubesvarede matematiske spørgsmål vedrørende modellering og problemformulering til disse teknikker, såsom eksistens og entydighed af løsningerne samt følsomheden i det rekonstruerede billede overfor målefejl. Et andet uløst matematisk problem er, på hvilken måde og i hvilken grad forhåndsviden om de indre egenskaber kan medtages i den tilknyttede rekonstruktionsmetode med henblik på forbedret rekonstruktion. Til at adressere disse spørgsmål har vi sammensat et tværfagligt team med bredt funderede kompetencer inden for tomografi, inverse problemer, numeriske beregninger og modellering.

Sorte huller er objekter så kompakte at end ikke lyset undslipper deres tyngdefelt. I det tidlige univers da galakser begyndte deres dannelsesprocess blev sorte huller også dannet i deres centre og voksede sig større ved at sluge gas fra sine omgivelser der er tiltrukket af hullets enorme tyngdefelt. De tungeste vejer mellem 1 million og 10 milliarder sole. Når gas falder ned på et sort hul udsendes energirig stråling, såsom røntgen og ultraviolet lys, som kan påvirke dets omgivelser. Observationer over de sidste 10 år viser at kæmpe-tunge sorte huller i centret af fjerne galakser i kraft af deres enorme energiudsendelse i denne vækstfase påvirker udviklingen af deres værtsgalakser og miljøet imellem galakserne, ofte med dramatiske følger. For at forstå denne vigtige rolle som sorte huller spiller for den kosmiske udvikling af galakser og deres omgivelser, og dermed vores egen Mælkevej, må vi kende massen af det sorte hul langt mere nøjagtigt end vores metoder tillader pt. Vi vil benytte helt ny-udviklede numeriske og statistiske metoder til en nøjagtig `vejning’ af de tunge sorte huller i fjerne galakser ved analyse af radio, optisk-ultraviolet, og røntgen højkvalitetsdata fra de mest moderne instrumenter og teleskoper på Jorden og i rummet, deriblandt den dansk-byggede X-shooter spektrograf på det 8 meter store Very Large Telescope ved det Europæiske Sydobservatorium i Chile. Disse nye tiltag forventes at muliggøre helt ny indsigt bl.a. i hvordan galakser dannes og udvikles.

Vekselvirkning mellem stoffer i kostens og probiotiske bakterier har stor betydning for menneskers helbred og kan beskytte mod patogener, mave-tarm sygdomme, cancer og allergi. Kulhydratpræbiotika (hovedsageligt ufordøjelige oligosakkarider/disakkarider) ændrer tarmens mikroflora ved selektivt at stimulere probiotiske bakterier. Ny forskning viser, at transportproteiner medvirker til den probiotiske effekt, men der er ringe biokemisk og strukturel viden om disse proteiner. Projektets formål er at opnå molekylærindsigt i bakteriernes optagelse af ufordøjelige oligosakkarider vha 1) karakterisering af oligosaccharid-binding og struktur af ”solute binding proteins”, der bestemmer specificiteten for ”ATP-binding cassette” (ABC) transportører fra probiotiske Lactobacillus acidopilus og Bifidobacterium animalis subsp. lactis Bl-04, 2) specificitetsanalyse af phosphoenolpyruvatafhængige phosphotransferase systemer (PTS), der dominerer disakkaridtransport i lactobacilli, og endelig 3) undersøgelser af to bifidobakterium arters optag af humane oligosakkarider, der stammer fra tarmvæggens mukosa-lag. Hertil benyttes transcriptomanalyse af L. acidophilus NCFM samt gene ”knock-out” af PTS systemer. Undersøgelserne fører til funktionel tilordning af systemer for oligosakkaridoptagelse i probiotiske bakterier og for andre bakterier fra forskellige økonicher, hvor kulhydratoptagelse er afgørende for omdannelse af biomasse.

For mange organismer fluktuerer temperaturer og føderessourcer i deres naturlige omgivelser mellem dag og nat, mellem årstider eller under skiftende vejrforhold. Når de klimatiske betingelser ændrer sig, vil ikke kun gennemsnitstemperaturen men også variansen og forudsigeligheden af temperatur- og næringsforhold ændre sig. De fleste eksperimentelle studier omhandlende tilpasninger til miljømæssig stress benytter konstante temperaturer og en næringsrig diæt ad libitum. I dette projekt vil vi tilføje mere økologisk relevans til den slags eksperimenter ved at simulere ”naturlige” miljøer igennem udsætning af vores insekt modelorganisme til enten uforudsigelige, forudsigelige eller ingen (konstant) fluktuationer i miljøvariable. Hermed vil vi undersøge, hvad denne miljøvariation betyder for organismers overlevelse og reproduktion samt resistens over for miljøstress, og hvilke genetiske og fysiologiske mekanismer der påvirkes af stressende og fluktuerende miljøer. De resulterende data vil give ny og aktuel information om begrænsninger i arters tilpasningsevne til fluktuerende og uforudsigelige miljøforhold og identificere kandidatgener for tilpasninger til ændringer i klimaet. Disse data vil derudover tilføje vigtig viden til diskussionen om implikationerne af global opvarmning på arternes diversitet og ekstinktionsrisiko.

Large Hadron Collider ved CERN starter i 2015 op ved den fulde design energi og vil for første gang nå energier i tyngdepunktssystemet på 5.5 TeV per partikelpar i kollisioner mellem tunge atomkerner af bly (Pb). Det forventes, at op mod 35.000 partikler og antipartikler vil blive dannet i hver enkelt Pb+Pb kollision og eksistere i et lille volumen i omkring 10^(-23) sekund. Dette vil føre til skabelsen af den højeste energi tæthed der nogensinde er frembragt af mennesket og udgøre en enestående testplatform for at studere Quark-Gluon-Plasma (QGP) og den stærke vekselvirkning, der er ansvarlig for at binde stoffets fundamentale bestanddele, kvarkerne, sammen i kernepartiklerne som vi kender i det nuværende Univers. Projektet falder tidsmæssigt sammen med denne spændende og enestående opdagelsesperiode i høj-energi fysik, som kommer til at omfatte studiet af proton-proton, proton-kerne og kerne-kerne sammenstød i perioden 2015-2018 ved de højeste energier der nogen sinde er frembragt. Vi søger i dette projekt om midler til post.doc. og PhD. 'er til at udføre de første og grundlæggende målinger undersøgelser af reaktionernes globale dynamik og af QGP's kollektive egenskaber, bl.a. dets viskositet, over et bredt kinematisk domæne, bl.a. ved brug af de danske byggede subdetektorer i ALICE eksperimentet ved LHC.

Adenosintrifosfat (ATP) er livets molekyle – intracellulært er det energikilde og byggesten, og ekstracellulært er det et signalmolekyle. De to områder har været udforsket separat i de seneste 70 år. Vores egen forskning på pancreasceller har vist, at ATP-signalering er vigtig i regulering af sekretionsprocesser og at celler har nogle specifikke ATP-frigivelsesmekanismer samt intracellulære ATP-lagre. Der er en række stimuli, som fører til ATP-frigivelse, og det formodes, at næringsstoffer og metabolitter kan være vigtige i denne forbindelse. Vores nye mål er et at belyse, hvordan disse stoffer udløser ATP-frigivelse og om dette involverer ændring i cellulær metabolisme og ATP-koncentrationer. Disse processer er vigtige i celle/kropsfysiologi, og de kan være ændret ved sygdomme såsom diabetes, fedme og cancer. For at belyse disse processer vil vi på udvalgte levende cellemodeller anvende nye intracellulære sensorer og avancerede mikroskopimetoder. Det er forventningen, at projektets resultater vil bidrage til at øge forståelsen af koblingen mellem biokemiske og fysiologiske processer i mange celler og organsystemer – både under normale forhold og ved sygdom.