Projekter vi har finansieret

Det er af stor betydning for både naturlige og menneskeskabte omgivelser, hvordan kemiske stoffer udveksles mellem forskellige tilstandsformer. I atmosfæren udveksles stoffer mellem mikroskopiske partikler (aerosoler) og luften, hvilket bl.a. har betydning for skydannelse, og for hvordan sollys enten optages eller spredes tilbage til universet. I huse frigives stoffer f.eks. fra plastic, maling og madlavning, hvilket kan have stor betydning for vores helbred. Den centrale fysiske egenskab, der beskriver, hvordan stoffer udveksles mellem tilstandsformer, kaldes damptrykket, og det er oplagt af stor betydning at kende damptryk for adskillige kemiske stoffer dels for at forstå naturen og dels for at opnå kontrol med vores indendørs klima. Det er måske overraskende, at videnskaben fundamentalt set mangler en ensartet, direkte, effektiv og nøjagtigt metode til måle lave damptryk. Ved at udnytte teknologier fra forskellige grene af fysik og kemi ønsker vi at løse dette problem.

Taxol (paclitaxel) er et potent anti-cancer middel der i vid udstrækning bruges i klinisk praksis. Nuværende metoder til produktion af taxol er dog meget ineffektive og dyre. Forsøg mod bæredygtig produktion i cellefabrikker har været vanskeliggjort af taxols lange og komplekse biosyntesevej, der stadigvæk er delvis ukendt. I dette studie vil vi gennemgå en interdisciplinær indsats der bringer tre forskningsgrupper sammen og kombinerer komplementærer ekspertiser indenfor metabolic engineering, plante biokemi, og plantecelle kulturer til at producere taxol i gær. Dette projekt vil have stor videnskabelig, industriel og social indvirkning ved at levere en alternativ produktions metode for et etableret lægemiddel.

Hvert år pådrager mellem 60.000 og 100.000 danskere sig en bakterieinfektion i forbindelse med indlæggelse på et hospital, og den stigende forekomst af antibiotikaresistente bakterier udgør derfor en særlig trussel på hospitalerne. I Danmark er MRSA (methicillin-resistente Staphylococcus aureus) og VRE (vancomycin-resistente enterokokker) to af de resistente bakterier, der hyppigst forårsager livstruende infektioner i svækkede patienter. Disse infektioner er svære at behandle, fordi bakterierne er resistente overfor netop de typer antibiotika, som bakterierne bedst behandles med nemlig beta-lactamer og vancomycin. Begge typer antibiotika hæmmer bakteriers evne til at lave en stærk cellevæg, men hvordan bakterierne dræbes er uvist. Vi har fundet, at enzymer der nedbryder bakteriens cellevæg, såkaldte autolysiner, spiller en afgørende rolle i udvikling af resistens. Bakteriernes syntese af autolysiner er under normale omstændigheder nøje kontrolleret, da de ellers kan slå bakterierne ihjel. Projektets hypotese er, at autolysinerne er helt essentielle for antibiotikas evne til at dræbe bakterier, og at et øget kendskab til de kontrolmekanismer, som styrer syntesen af autolysinerne, vil gøre os i stand til at designe hjælpestoffer, som kan gengive MRSA og VRE bakterierne deres følsomhed overfor beta-lactamer og vancomycin. Projektet involverer førende forskere fra Københavns Universitet, Statens Serum Institut, Hvidovre Hospital, Lissabon Universitet og Harvard Medical School.

Kan koen få den bedste af begge verdener – positive oplevelser ved at opfostre sin kalv og efterfølgende stress-fri adskillelse? I Danmark og i store dele af verden adskilles ko og kalv typisk inden for det første døgn efter fødslen. Adskillelse inden for det første døgn giver mindre brølen og rastløshed hos ko og kalv end senere adskillelse, men den tidlige adskillelse kritiseres jævnligt for at forhindre naturlig omsorg og diegivning. Vi ved dog meget lidt om de positive virkninger for koen af at opfostre sin kalv. Projektet foreslår nye metoder til at måle fordele for koen, så som tilknytning, positive oplevelser og neurobiologisk funktion, ved at opfostre sin kalv enten hele eller dele af døgnet. Projektet udvikler og integrerer de nye metoder med det formål at fastlægge virkningen på koen af forskellig opstaldning med kalven, samt forskellige skånsomme metoder til fravænning og adskillelse fra kalven. Hermed bidrager projektet med viden, der er nødvendig for at implementere management af køer og kalve sammen, der maksimerer positive oplevelser og minimerer stressende oplevelser for koen.

Beton er det mest udbredte bygningsmateriale i Verden, og der findes reelt ingen alternativer, der kan erstatte Portland cement-baseret beton. Portland cement er en væsentlig kilde til den menneskeskabte CO2 udledning (7 – 8%), og en reduktion af denne udgør i dag den største udfordring for cementindustrien. Projektet fokuserer på to nye materialer, der kan give en meget stor reduktion i CO2 aftrykket for cement og beton, og som bygger på kemisk binding af CO2. Den ene er en ny type binder, hvor Portland cement er erstattet af rene calciumsilikater som behandles med CO2 og kan udnyttes til fremstilling af præfabrikeret beton. Det andet materiale er baseret på udtjent beton, som vil blive brugt til at optage CO2 direkte fra kraftværkers røggas. Det nye produkt kan tilsættes cement som et pozzolant materiale eller indgå i ny beton som filler. I begge materialer er den bindende fase calcit (CaCO3) samt en amorf silica-rig fase, der udgør op til 50% af produktet. Denne fases struktur og sammensætning ønskes bestemt på atomart niveau sammen med en fundamental forståelse af reaktionerne under CO2-hærdningsprocessen. Denne nye viden kan bruges til at optimere karbonatiseringens effektivitet og produkter samt til at vurdere fysisk-kemiske egenskaber såsom holdbarhed og kemisk resistens. Det primære værktøj er faststof NMR spektroskopi, som angiver atomernes nær-orden og tillader kvantitative studier af sammensatte materialer, der både indeholder krystallinske og amorfe faser.

Organise lysidioder (OLEDs) er en integreret del af hverdagen. For kemikere kan de bruges som kilde til photoner som f.eks. kan bruges til at drive kemiske reaktioner. Almindeligt lys er en blanding af højre- og venstre cirkulært polariseret lys, og hvis man ønsker OLEDs der emmiterer udelukkende den ene chiralitet, kan dette opnås ved brug af komponenter som linær polarisatoerer og kvartbølgeplader. Dette gør dog LED'en markant mere kompleks og mindre effektiv. I dette projekt vil vi udvikle effektive OLEDs ved brug af chirale fluorophorer baseret på såkaldte helicener, og bruge disse til at lave simple OLEDs der udsender cirkulært polariseret lys. I løbet af projektet vil vi udvikle syntesekemi der sætter os i stand til at lave de første kendte polymerer af helicener, og vi forventer at disse vil vekselvirke særdeles stærkt med lys, og dermed fungere som den chiralt emmiterende komponent i chirale OLEDs.

Det store behov for blodtransfusion forventes at stige kraftigt p.g.a begrænset bloddonation og stigende andel af ældre patienter især i forbindelse med kemoterapi, men vedligeholdelse af blodcentrenes forskelige blodtype lagre er enormt dyrt. En genial løsning er at anvende enzymer for at trimme A- og B typen til den universale donor O-type, hvilket vil gøre transfusion langt billigere, og mere tilgængelig samt vil minimere spild af dyrebart opbevaret blod. Der er udviklet enzymer til omdannelse af blod type A og B, men kompatibilitets problemer hos nogle modtagere har stoppet denne løsning indtil nu. Forlængelse af A- typen glykan kæden samt en ny opdaget forlængelse af B-typen forklarer disse problemer og forhindre en enzymatisk løsning for at levere billig og sikker universal blod. Denne ansøgning går ud på at opdage og skræddersy nye enzymer mod de forlængede sukker enheder i A- og B-typerne, for at muliggøre omdannelse af blod til O-type. Vores hypotese er at mucin-associerede humane tarm mikrobiota bakterier har enzymer for at nedbryde alle blod-type antigener. Vores strategi er at screene for enzymer fra udvalgte mucin-nedbrydende specialister og optimere omdannelse af blod med disse nye enzymer. Virkningsgraden af enzymerne vil blive optimeret gennem at skabe enzymvarianter med bedre affinitet til sukker antigener ved blodcellernes overflade. Projektet har en uhyre stor nytte og anvendelse potential for at løse en global sundheds udfordring på en bærdygtig mode.

Vores samfund bliver mere og mere digitalt integreret i takt med at den teknologiske udvikling indenfor informationsteknologi og digitale services fra finansielle transaktioner til sociale interaktioner udbredes og forbedres. Store mængder af dynamiske netværksdata af vores interaktioner og deres tidslige udvikling genereres nu dagligt, og denne digitaliseringen af vores adfærd er ved at forandre alle aspekter af vort samfund, mens vi er massivt udfordret i at forstå strukturen og forudsige adfærden i disse komplekse dynamiske systemer. Der er derfor et stort behov for værktøjer, der er i stand til at skabe en bedre forståelse og forudsigelse af hvordan disse dynamiske netværk af vores interaktioner opfører sig. Hvor modeller til analyse af tidsserier er veletableret, er tilsvarende metoder til analyse af dynamisk netværk kun i sin vorden. Dette projekt vil med inspiration fra tidsrækkeanalyse udvikle algoritmer, der kan lære ud fra store mængder af dynamiske netværksdata de underliggende mønstre og deres tidslige udviklinger og dermed bidrage til at skabe en forståelse af den underliggende struktur af disse systemer samt muliggøre at forudsige deres adfærd. De udviklede værktøjer vil anvendes på en række vigtige udfordringer i vores digitale samfund fra at kunne forstå dynamikken og tidligt detektere trends i vidensproduktion, til at kunne forudsige hvorledes information herunder misinformation spredes, og filterbobler opstår.

Fosfor (P) er en kostbar og ikke-fornybar naturressource, der benyttes som et vigtigt gødningsmiddel i landbruget fordi det har en række uerstattelige funktioner i planter. I store dele af verden er der et markant overforbrug af P i landbruget fordi det bindes stærkt i jorden og derfor er kun en mindre del af det der tilføres plantetilgængeligt. Andre steder på kloden anvendes der derimod alt for lidt P, fordi det ikke er til rådighed eller fordi bønderne ikke har råd til at anskaffe gødningen. Under de forhold fører P mangel til en markant nedgang i høstudbyttet. Man taler derfor om en global P krise, som der akut må findes en løsning på både af hensyn til miljøet, klimaet og produktiviteten i jordbruget, hvor fødevareproduktionen skal fordobles frem mod 2050 for at sikre mad til den stigende befolkning på kloden. Den mest effektive måde til at øge bæredygtigheden af P anvendelsen er at udvikle mere effektive P gødninger. I projektet vil vi omdanne simpelt råfosfat, som ellers kun kan anvendes som gødning efter en meget energikrævende bearbejdning på gødningsfabrikken, til en høj-værdi gødning ved hjælp af den seneste udvikling inden for nanoteknologien. Vi vil sønderdele råfosfat til små nanopartikler og behandle overfladen på partiklerne, så P bindes mindre stærkt i jorden og derved meget lettere kan optages af roden. Herved forventer vi at kunne udvikle en helt ny generation af mere effektive og bæredygtige P gødninger, der belaster klima og miljø meget mindre.

Landbruget er ansvarlig for ca. 65% af den danske udledning af drivhusgassen lattergas (N2O). De vigtigste kilder er handels- og husdyrgødning, og planterester. Trods flere årtiers arbejde med udvikling af modeller for jordens kulstof- og kvælstofomsætning, har eksisterende modeller svært ved at forudsige omfang og tidsmæssig variation af gasformige tab, herunder N2O. Det centrale problem er, at modellerne uden undtagelse benytter gennemsnitlige jordegenskaber og dermed ser bort fra effekter af heterogenitet med hensyn til fordelingen af husdyrgødning og planterester. Det sker, selvom en række undersøgelser i laboratoriet og under markforhold har vist, at den samtidige kulstof- og kvælstofomsætning i sådanne organiske ”hotspots” er en central kilde til N2O. Dette projekt vil modificere en eksisterende model (CoupModel), så den kan beskrive organiske hotspots med stor rumlig opløsning. Det skal ske med en iterativ proces, hvor model-scenarier analyseres og parallelle laboratorieforsøg i samme skala gennemføres til validering og optimering af modellens parametre. Detailstudier med isotop-mærkning og genprober skal dokumentere procesparametre. Den nye model evalueres ved hjælp af resultater fra markforsøg. En mere realistisk model for dyrkningsjordens kulstof- og kvælstofdynamik kan væsentligt forbedre den nationale drivhusgasopgørelse, og den kan styrke udviklingen af klimavenlige dyrkningsmetoder.