Projekter vi har finansieret

Molekylers luminescens afhænger af deres mikromiljø, det gælder emissionsspektre som kvanteudbytter. Nogle miljøer tænder så at sige for lyset, mens andre slukker. Særligt er ioner følsomme, da de binder enkelte vandmolekyler stærkt eller let polariseres af nærliggende ladninger. I dette projekt ønskes en detaljeret beskrivelse af ioners lysudsendelse baseret på gasfasespektroskopi på skræddersyede systemer. Disse inkluderer en, to eller flere fluoroforer, hvor afstande fastlægges af lineære broenheder, og ”punktladninger” introduceres som kvarternære ammoniumgrupper. Ideen er at bestemme Förster-afstande præcist for FRET-par, samt hvordan molekylegeometri dikterer elektronisk kommunikation imellem fluoroforer. Foruden lineære systemer vil vi studere komplekse strukturer i to og tre dimensioner med høj symmetri. Spektroskopi på isolerede ioner er ikke trivielt grundet lille iontæthed og begrænset adgang til ionerne. I Aarhus er problemet løst med instrumentet LUNA (LUminescence iNstrument in Aarhus). Ioner dannet med electrospray lagres og masseselekteres i en Paul-fælde med cylindergeometri og en ”gennemsigtig” net-elektrode. Fem procent af det udsendte lys opsamles og detekteres, betydeligt mere end muligt for andre. Projektet kombinerer state-of-the-art luminescens-eksperimenter (AU) med avanceret syntese (KU) og bibringer fundamental viden om fluoroforers spektroskopiske egenskaber alene og i et miljø, særlig vigtig viden for brugen af fluoroforer i molekylær biologi.

Cellekernen i eukaryote celler består yderst af kernemembranen, som fysisk adskiller vores kromosomer fra resten af cellen og skærmer og beskytter cellernes DNA. Hvis cellekernen deformeres ved mekanisk påvirkning, såsom under celle-migration, kan dette forårsage brud på kernemembranen og resultere i DNA-skader og ukontrolleret lækage af molekyler mellem kernen og resten af cellen. Celler overvinder og overlever dette ved aktivt, at reparere skader, hvilket involverer bøjning, afskæring og lukning af kernemembranen. Vores seneste forskning tyder på, at proteiner som styrer reparationen af cellers omgivende cellemembran også er involveret i kernemembranreparation, hvilket indbefatter annexin proteiner og aktin cytoskelettet. Selvom reparation af kernemembranen spiller en afgørende rolle for at opretholde og beskytte cellers DNA vides der meget lidt om selve reparationssystemet. Formålet med dette projekt er, at undersøge de grundlæggende mekanismer bag kernemembranreparation i eukaryote celler.

Evolution i havbundens mikrobielle samfund. Mikroorganismer er kendt for deres evne til hurtig evolution og tilpasning i forhold til deres miljø. Alligevel er det uklart, om denne egenskab også kan komme til udtryk i naturlige miljøer, herunder havbunden, hvor miljøet er komplekst og næringsforsyningen ringe, og hvor mikroorganismerne derfor vokser langsomt. På grund af sedimentation bliver mikroorganismerne i havbunden til stadighed omlejret fra det energirige overfladelag (0-25 cm dybde) til det energifattige dybere lag. Min hensigt er at bestemme de økologiske og evolutionære dynamikker, som styrer sammensætningen af mikrobielle samfund i takt med denne omlejring. Min hypotese er, at det netop er i denne overgang, at de processer virker, som bestemmer artssammensætningen ned gennem havbunden. I min undersøgelse vil jeg fokusere på og forsøge at besvare tre fundamentale spørgsmål: 1) Hvor hurtigt vokser og nedbrydes populationer? 2) Hvor stor er populationernes effektive, formeringsdygtige størrelse? 3) Hvilke mekanismer fører til de genetiske ændringer , som er basis for evolution, og hvor hurtigt sker ændringen? Besvarelsen af disse spørgsmål er nødvendig for at forstå, hvordan havbundens mikrobiom reagerer på ændringer i miljøet, og hvordan naturlige mikrobielle samfund udvikles. – Og dermed også for forståelsen af disse samfunds funktion i økosystemet.

For at en celle kan kommunikere med den omgivende verden skal den kunne sanse et udefrakommende signal og omsætte dette til et intra-cellulært respons. En vigtig klasse af membran-bundne receptorer (de såkaldte single-pass transmembrane receptorer) er ansvarlig for at transmittere en stor del af disse udefrakommende signaler. Vores viden om hvordan denne gruppe af receptorer virker er meget begrænset og dette studie søger af forstå de grundlæggende receptor signalerings-mekanismer. Ved hjælp af specialiserede miniature antistoffer (nanobodies) vil vi manipulere signaleringen fra disse receptorer. Nanobodies har den fordel at de er små og meget høj-affine bindende proteiner som nemt kan kobles sammen for dermed at danne bi-specifikke molekyler. Vi har udviklet nanobodies mod en lang række plante receptorer som er involveret i symbiotisk kommunikation med bakterier. Vi vil bruge disse nanobodies til at manipulere LysM receptorerne i plante-membranen for at forstå hvordan disse virker og signalerer. Med vores nanobodies kan vi kontrollere hvilke receptorer der er aktive i membranen og styre støkiometrien af receptorer-komplekser og vi håber dermed at kunne afdække de grundlæggende signalerings-mekanismer for denne klasse af receptorer.

g-hydroxysmørsyre (GHB) er en naturlig forekommende kemisk forbindelse i hjernen på dyr og mennesker. På trods af en udbredt anvendelse af GHB både som lægemiddel og misbrugsstof har flere fundamentale spørgsmål stået ubesvaret med hensyn til virkningssted og funktion. Vi har for nylig identificeret bindingsproteinet for GHB, og vist at det er et meget kendt og betydningsfuldt enzym i neuroner og er centralt involveret i bl.a. læring og hukommelse. Derudover er ændret funktion af dette enzym forbundet med en lang række sygdomme og sygdomstilstande f.eks. Alzheimers og Parkinsons sygdom, hvilket gør enzymet til en potentiel markør til tidlig diagnostisk anvendelse samt lægemiddeludvikling indenfor disse sygdomme. Positronemissionstomografi (PET) er en vigtig billeddannelsesteknik, der kan anvendes til at følge ændringer af et specifickt protein i hjernen, hvis et egnet isotopmærket sporstof er tilgængelig. Det overordnede mål for projektet er at afdække potentialet for enzymet som markør for de omtalte sygdomme. Dette mål vil vi opnå ved at udvikle PET-sporstoffer, der kan binde til GHB bindingsstedet og synliggøre enzymet. Projektet vil involvere en iterative proces med kemisk udvikling af relevant ligander baseret på en unik platform af in-house udviklede ligander, farmakologisk evaluering, radiosyntese samt in vivo evaluering.

Vi lever i videns tid, hvor takket være videnskabs og ingeniør fremskridt, tror vi at alt er kendt eller kan være studeret. Tværtimod, på grund af kompleksiteten som er en del af livet, så kæmper vi stadigvæk med at studere selv enkle biologiske systemer. I datologi, studerer og modellerer vi store systemer dagligt, som massive distribuerede systemer (tænk for eksempel alle computere som er tilsluttet til internettet). Som følge af dette, har man forslået flere tilgange til at holde modeller i en overskuelig størrelse. Dette er gjort ved brug af en koncept af 'model reduktion', en operation som transformerer en model til en mindre model, men bevarer egenskaber som er af speciel interesse. Dette projekt vil skabe nye teknikker til reduktionen af modeller af biologiske systemer, og gøre det muligt at modellere og studere systemer som var uoverskuelige før. Dette vil blive gjort ved at bruge en ny datologisk perspektiv i dette problem. Dette har også en potentiel effekt både i industrien og i den akademiske verden.

Diskontinuiteter er nøglehorisonter i marine sedimenter og de repræsenterer længerevarende perioder uden aflejring på havbunden. I forbindelse sedimentationsafbrydelsen sker der ofte en cementering af havbunden og det kan ses, som brudflader i sedimentære bjergarter. Forståelsen af dannelsen og udbredelsen af disse hærdningshorisonter er essentielle i forbindelse med udnyttelsen af ressourcer (hydrokarboner, geotermale), da de ofte styrer væske/gas migrationen i undergrunden. Formålet med dette studie er, at belyse den laterale udvikling af hærdningshorisonter for at få en bedre forståelse af deres dannelse, samt de primære aflejringsmiljøer, som kontrollerer deres fysiske egenskaber. Feltarbejdet er planlagt i Atlasbjergene i Marokko, som er kendt for deres fantastiske og meget omfattende blotninger (>100 km lange) af marine aflejringer fra Mellem Jura.

Dette projekt undersøger en hidtil overset proces i kvælstofomsætningen i oceanernes iltminimumszoner. Kvælstof er det vigtigste begrænsende næringsstof for livet i oceanerne; en begrænsning, der skyldes at anaerobe bakterielle processer, denitrifikation og anammox, omdanner kvælstof fra biotilgængelig form, især nitrat, til kvælstofgas. En tredjedel af denne omsætning skønnes at foregå i iltminimumszonerne, hvor de befordres af iltfrie forhold i vandsøjlen. Ny forskning tyder imidlertid på, at de kvælstoffjernende bakterier må konkurrere med nitritoxiderende bakterier, der modvirker kvælstoffjernelsen ved at gendanne nitrat. Dette er overraskende, da nitritoxiderende bakterier er kendt som obligat aerobe og derfor ikke skulle kunne trives under iltfrie forhold. Projektet kombinerer in-situ-målinger med nyudviklede instrumenter med biogeokemiske og genomiske undersøgelser for at kortlægge nitritoxidationens fordeling, økofysiologi og mikrobiologiske grundlag. Herved opnår vi en detaljeret forståelse for nitrits nøglerolle i reguleringen af balancen mellem kvælstoffjernelse og regenerering af nitrat. Resultaterne er vigtige for forståelsen af det marine kvælstofkredsløb i dag og hvordan dette kan ændre sig i fremtiden, hvor iltminimumszonernes udbredelse forventes at vokse.

Arvematerialet, DNA’et, i vores celler udsættes konstant for en lang række skadelige stoffer. Nogle af de hyppigste skader skyldes reaktive iltforbindelser, der dannes som et biprodukt under cellernes almindelige stofskifte. Hvis disse skader ikke fjernes effektivt gennem cellens DNA reparation, kan det medføre, at cellen mister sin funktion, ældes meget hurtigt eller omdannes til en kræftcelle. Formålet med dette projekt er at få større indsigt i reguleringen af en DNA reparationsmekanisme, hvis eksistens forskere først for nylig er blevet opmærksom på. Mere specifikt vil vi undersøge reguleringen af enzymet NEIL2, som er et både unikt og meget vigtigt DNA reparations-enzym, idet det blandt andet, modsat de fleste andre enzymer, kan reparere ilt-beskadiget DNA i celler, der er meget aktive, men som ikke deler sig. Det gælder for eksempel hjernens neuroner. I forskningsprojektet vil det dels blive undersøgt, hvordan cellerne regulerer mængden af NEIL2-enzym, der produceres, og desuden vil vi undersøge, hvordan modifikation af enzymet påvirker enzymets aktivitet, herunder dets evne til at samarbejde med andre proteiner i cellen. Endelig vil vi også undersøge, om modifikation af enzymet påvirker enzymets placering i cellen, da korrekt placering kan være afgørende for, at enzymet kan udføre sin tiltænkte opgave på rette tid og sted. Den opnåede viden vil bibringe helt nye perspektiver til forståelsen af cellers vedligeholdelsesmekanismer og reguleringen af disse.

Differentiering af inducerede pluripotente stamceller (iPSCs) til neuroner og andre hjerne-celler, er blevet et unikt værktøj til at studere molekylære mekanismer der ligger til grunde for neuronal udvikling. Imidlertid er flertallet af neurale cellesystemer 2D monolagskulturer, som er af begrænset anvendelse til undersøgelse af centrale nerve funktioner, f.eks. synaptisk transmission, som er frigivelsen af neurotransmittere fra en presynapse til en postsynapse for at lede et signal videre. Synaptic transmission er meget vigtig for mange af de avancerede karakteristika der er ved humane hjerner, såsom avanceret indlæring. Grunden til at 2D monolagskulturer har begrænset anvendelighed er, at de ikke udvikler fuldt funktionelle synapser og så mangler man metoder til isolering af funktionelle nerve-terminaler (synaptosomer) fra disse kulturer. Udviklingen af hjerne-organoider fra humane iPSC'er muliggør sådanne funktionelle undersøgelser. BO'er ligner kompleksiteten af tidlige hjerne udvikling, herunder 3D-vækst, flere slags celletyper samt udvikling af funktionelle synapser. Desuden er synapserne afskærmet fra omgivelserne hvilket muliggør effektiv isolering af synaptosomer og karakterisering af synaptisk transmission. I det pågældende projekt vil vi lave BOs og isolere synaptosomer fra disse vhja densitets gradient centrifugering og efterfølgende karakterisere de molekylære signaleringsmekanismer der kontroller synaptisk transmission vhja proteomics, PTMomics og Bioinformatik.