Projekter vi har finansieret

Solens stråler absorberes af klorofylmolekyler i planternes grønkorn. Energien hopper fra klorofyl til klorofyl indtil det når reaktionscentret. Her splittes en elektron fra et hul, og de to ladninger bevæger sig i modsatte retninger. De bringer begge energi med sig til de kemiske reaktioner der danner sukker og ilt. Vi kender reaktionscentrets atomare struktur og vi ved hvor hurtigt opsplitningen af energi foregå, men vi mangler en forståelse der er så detaljeret at vi kan fremstille molekyler, der kan det samme.
Moderne, såkaldt kohærente lasereksperimenter foregår i Sverige og Michigan, og de lokker nye detaljer frem, men for at presse al information ud af eksperimenterne, har vi brug for kvantemekaniske beregninger af hvad vi forventer at se. Først når måling og beregning passer sammen forstår vi det godt nok. Vi vil lave de nødvendige beregninger for reaktionscentret og dermed bidrage til detailforståelsen.

I 20 år har man vidst, at stafylokokker kommunikerer med hinanden vha. kemiske signalstoffer kaldet Auto-Inducerende Peptider (AIP’er) ved en proces kaldet quorum sensing (QS). AIP’erne findes kun i små mængder omkring stafylokok-bakterierne, og de har forskellig sammensætning afhængig af bakterien der udskiller dem. Derfor har det indtil nu været tidskrævende at undersøge dem i detaljeret grad. I tidligere studier, har vi således udviklet en metode, der effektivt og hurtigt kan identificere AIP’er ud fra de komplekse blandinger af stoffer i en bakteries vækstmedium. På den måde kan meget små mængder af AIP’er koncentreres, så de kan detekteres med standardudstyr. Indtil metoden blev taget i brug, var der identificeret 11 AIP’er fra 6 forskellige stafylokok-bakteriestammer. Med den nye metode blev dette antal fordoblet. Diversiteten af stafylokokbakterier er dog stor, og – konservativt estimeret – er der stadig op imod 200 ukendte AIP molekyler. Vi vil derfor videreudvikle identificeringsmetoden og anvende den til at kortlægge en langt større del af AIP landskabet, igennem et multidisciplinært samarbejde med mikrobiologer på Københavns Universitet samt en gruppe ved Statens Serum Institut. Og perspektiverne er spændende. Når vi har afdækket, hvilke signalstoffer stafylokok-bakterier bruger til QS, og hvordan de påvirker andre stammer, vil man potentielt kunne anvende denne viden til udvikling af nye lægemiddelstoffer, der modvirker infektioner uden brug af antibiotika.

Undersøgelsen af ​​samspillet mellem kombinatorik, geometri og algebra går tilbage til oldtiden, med regelmæssig konveks polyhedra, der allerede er skåret ud af sten i den neolitiske periode, ofte i forbindelse med religiøs mystik. Moderne undersøgelse af kombinatoriske strukturer er ofte motiveret af vigtigheden af ​​optimering i moderne økonomi såvel som den allestedsnærværende kombination af problemer i ren matematik. Denne kombination af kombinatorik i ren og anvendt matematik har været særlig nyttig, da den i en krydsbestøvning tilvejebringer for eksempel arkitektoniske teknikker (kaldet Maxwell-Cremona-diagrammer) til beregning af kohomologiringer eller til konstruktion af interessante kombinatoriske eksempler til gamle formoder via studiet af partielle differentielle relationer. Projektet bruger kombinatorik som et felt med naturlig abstraktion, der tester grænserne for algebraisk og geometrisk konstruktion. Navnlig antyder de seneste succeser, at mere klassiske resultater har haft en mere generel ramme, der er formuleret via kombinatorik. Derudover er sådanne udvidelser til diskrete indstillinger naturligt rige på anvendelser til praktiske problemer, hvilket direkte tilvejebringer teknikker til at studere komplekse diskrete genstande, som de fremstår i moderne datalogi og økonomi.

En af de mest omtalte meteoritnedslag fandt sted for 66 millioner år siden og førte til at 75% af alle dyre- og plantearter uddøde, deriblandt dinosaurerne. I alt er der fundet 180 større meteorkratere på jorden. Der har formentlig været mange flere store meteornedslag gennem jordens 4.6 milliarder år lange historie, men de er senere blevet udvisket fra jordens overflade af vind og vejr. I 2016 blev et nyt krater fundet under den Grønlandske indlandsis af et dansk-ledet forskerhold. Krateret er 31 km i diameter og 600 m dyb. Det blev skabt af en kæmpe jernmeteorit på 1-1.5 km i diameter, der ramte jorden med en hastighed på 20 km i sekundet. Alderen på krateret er ukendt, men det menes at være ungt og dannet indenfor de sidste 2.6 millioner år og det er dermed det yngste større krater på jorden. Men krateret er måske endnu yngre. En rækker forskere har spekuleret på om meteoritten ramte jorden for 12.900 år siden og førte til en brat afkøling, kaldet Yngre Dryas kuldeperioden, ved at udlede støv i atmosfæren og smeltevand til Nordatlanten. Meteornedslaget skulle endvidere have ført til at en række større pattedyr samt tidlige mennesker gik stærk tilbage eller uddøde i Nordamerika. I dette projekt vil vi teste om krateret er ungt ved at datere meteorkrateret vha. forskelige dateringsmetoder heriblandt Argon-Argon datering på impakt-smelter. Hvis krateret er ungt vil det give afgørende viden om hvordan et meteornedslag af denne størrelse påvirker livet på jorden.

Proteaser er stor gruppe af enzymer som aktiverer, inaktiverer, eller nedbryder andre proteiner ved at spalte peptidbindinger. Denne aktivitet er potentiel skadelig og derfor kontrollers proteasernes aktivitet nøje, ofte af proteasehæmmere. Alphamakroglobuliner (aM'er) er en af de mest succesrige proteasehæmmer familier og findes i organismer fra bakterier til mennesker. Årsagen til den allestedsnærværende fordeling er sandsynligvis at aM'erne kan hæmme (næsten) alle proteaser uanset katalytisk mekanisme eller specificitet. Dette er unikt i naturen, da andre proteasehæmmer familier anvender en "lås og nøgle" aktiv siterettet tilgang og således kun kan hæmmer medlemmer af en af de fire vigtigste mekaniske klasser af proteaser. Denne forbløffende evne til at inhibere alle proteaser skyldes at aM'erne benytter sig af en unik mekanisme, der involverer en fysiks indfangning af proteasen som fastholdes inde i aM-molekylet så adgang til andre proteiner forhindres. Projektets mål er at forstå hvordan aM molekylet fungerer mekanisk og hvordan kræfterne der udløser protease fælden mobilises.

Menneskers evne til at forme og skabe nye materialer har spillet en afgørende rolle for vores udvikling lige siden stenalderen. Indtil videre har vores primære rute gået gennem kemien: For at opnå nye funktionaliteter, må vi skabe nye materialer ved at sætte atomer sammen på nye måder. Udviklingen inden for vores forståelse af stofs kvantemekaniske natur giver os nye muligheder for hurtigt og reversibelt at kunne kontrollere materialers egenskaber "on demand," ved hjælp af manipulation med laser eller andre midler. Til forskel fra middelalderens alkymister, som ved hjælp af magi prøvede at omdanne et materiale (fx bly) til et andet (guld), kan vi med vores nuværende forståelse for fysik få et materiale til at opføre sig som et andet. Tidligere studier har vist at elektromagnetiske bølger kan bruges til at ændre materialers egenskaber. For ganske nylig har vi opdaget at materialets egne elektroner også kan gøre dette, hvis de påvirkes til at bevæge sig på en koordineret måde. På denne måde kan der opstå en feedback-effekt mellem elektronernes bevægelse og den underliggende materiale-struktur som påvirker deres bevægelse, hvilket kan føre til nye interessante fænomener, som fx spontan magnetisme. I dette projekt vil vi undersøge dette nye vidtrækkende paradigme af "dynamical quantum materials," ved at lede efter nye fundamentale fænomener som måske en dag kan muliggøre ny teknologi, inden for fx ultra-præcise sensorer og informationsbehandling.

Der er en rivende udvikling inden for brugen af lav-energi stråling i TeraHertz (THz) “gabet” imellem mikrobølger og varmestråling. Med THz-stråling kan man se igennem tøj og afdække lag I gamle malerier. Men man kan også lave korte THz-laser pulser, som kan afdække hvordan elektroner opfører sig I materialer og systemer – selv på nano-meter skala. Elektroners spredning er afgørende for materialers elektriske egenskaber – f.eks. hvor hurtig en transistor man kan lave eller hvor meget energi den bruger. Spredningen afhænger af hvor perfekte materialerne er, d.v.s. om atomerne sidder hvor de skal. Når man udvikler nye materialer og komponenter, senest I form af atom-tynde lag, er det særligt vigtigt at kende til defekterne. Korte pulser af THz strålings genererer vekselstrømme som kan detekteres og indeholder information om elektron spredningen i materialet. På det punkt halter teorien efter udviklingen af de mange nye THz teknikker: Der mangler en teori, der kan forbinde målingerne med den underliggende spredning af elektronerne, og kan forudsige hvordan forskellige defekt-typer på atom-skala giver udslag i THz målingerne. Hvis vi skal blive klogere på eksperimenterne kræver det en kvantemekanisk teori, som helst ikke skal afhænge af for mange parametre. Det er meningen med dette projekt at udvikle den teori. Overordnet set kan en dybere forståelse og udvikling af komponenter, som opererer på THz skala - “lys-bølge-elektronik” - åbne for utallige anvendelser.

At kunne gemme vores data i skyen, få adgang til borgerservice via internettet, og opvarme vores bil fra stuen er helt sikkert praktisk. Men er det pålideligt? Hvad hvis nogen andre kan gøre disse tjenester utilgængelige? Hvad hvis de kan få adgang til vores data uden tilladelse? Beskyttelse af digitale tjenester er et af århundredets problemer, og ideelt set bør vi løse dette problem uden at komme i vejen for innovation. Desværre er førende programmeringsteknologier til pålideligt software ikke veludstyrede til at udvikle genanvendelige produkter til servicebeskyttelse. Formålet med dette projekt er at lægge det nødvendige videnskabelige grundlag for at gøre dem til det. Dette vil muliggøre et nyt marked for produkter, som softwareproducenterne vil kunne anvende i stor skala til beskyttelse af digitale tjenester ved hjælp af forskellige teknikker, hvilket i sidste ende gør vores digitale liv mere effektivt, pålideligt og sikkert. Vi vil nå vores mål gennem en unik kombination af teori og praksis. Vi vil starte med at definere en matematisk ramme for definitionen af servicebeskyttelsesteknikker, og bruge den som model til at opbygge en ny prototype af programmeringsteknologi til genanvendelig software, der beskytter digitale tjenester. Vores resultater vil blive evalueret i internationale samarbejder med verdensledende videnskabsfolk, og prototypen vil blive præsenteret for dansk industri via Danish Hub for Cyber Security og relevante selskabsforeninger.

Dyrearters levetid er ekstremt forskellige, idet de varierer fra få uger til flere århundreder. Grønlandshajen kan opnå en utrolig lang levetid, mindst 270 år og muligvis op til 500 år, hvilket gør den til det længst levende hvirveldyr, som er undersøgt til dato. I den modsatte ende af tidsskalaen har den afrikanske killifish en levetid på kun 4-6 måneder. Formålet med projektet er at opnå en bedre forståelse for de genetiske mekanismer, der er basis for ekstrem lang levetid. Vi vil sekvensere grønlandshajens genom og derefter bioinformatisk sammenligne det med genomerne af andre dyrearter med enten lang eller kort levetid. Denne komparative analyse af ligheder og forskelle i gensekvenserne vil identificere en række kandidatgener i grønlandshajen, som er associerede med lang levetid. Genom-analysen kan imidlertid ikke direkte definere kandidatgenernes biologiske funktioner, og de observerede associationer skal derfor bekræftes ved en eksperimentel test af kandidatgenerne. Til dette vil vi bruge killifish, som på grund af deres korte livscyklus er en ideel model til studier af lang levetid. Ved brug af de nyeste genteknologiske metoder vil vi målrettet manipulere de tilsvarende ortologe kandidatgener i killifish og dernæst måle i hvilket omfang dette forlænger fiskenes levetid. Langt-levende arter er bemærkelsesværdigt resistente mod kræft. Ny viden om den underliggende genetik kan derfor også være af betydning for at forstå alderdoms-relaterede sygdomme hos mennesker.

Luftåndende fisk har fascineret zoologer i mere end 150 år som følge af deres evolutionære position mellem en akvatisk og terrestrisk levevis. Denne overgang er ledsaget af et radikalt skift i kontrol af ånding hvor vandåndende hvirveldyr bruger sansning af vandets ilttension, mens terrestriske arter sanser blodets CO2/pH – et skift, som regnes for meget fordelagtig. Der er beskrevet 400+ arter af luftåndende fisk og denne evne menes at have opstået uafhængigt flere end 60 gange. De fleste af disse arter benytter kun luftånding når vandet er blevet tilstrækkelig iltfattig, og det er hyppigheden af hypoksi i tropiske vande som menes at drive evolution af luftånding. Alle disse periodiske luftåndende fisk menes at benytte dette akvatiske mønster for åndedrætskontrol. Den gængse forklaring er, at blodets nærhed til vandet under gællernes passage resulterer i udvaskningen af blodets CO2. Blodgas målinger som ligger til grund for denne forståelse er, ejendommeligt nok, ikke foretaget i den dybe hypoksi som driver dem til luftånding. For nylig er det opdaget at gællerne på flere af disse periodiske luftåndere er ekstremt foranderlige i tid som følge af cellevækst mellem de gasudvekslende lag. Formålet med dette projekt er at analysere hvordan vandets iltindhold påvirker gællens struktur og blodgas-værdierne. Det forventes, at disse nye data vil give en radikalt forbedret forståelse af evolutionen af hvirveldyrs åndedrætskontrol.