Wallenberg Scholars 2009–2012
2009–2012 Wallenberg Scholars 2009–2012 Wallenberg Scholars Wallenberg Scholars 2009–2012 Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse Box 16066 103 22 Stockholm www.wallenberg.com/kaw © Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse 2013 TEXT Carina Dahlberg, Ann Fernholm och Nils Johan Tjärnlund BILD Magnus Bergström GRAFISK FORM Sture Balgård TYPSNITT Indigo Antiqua 9.5/13.8 PAPPER Arctic volume 115 g TRYCK Trosa Tryckeri, Trosa 2013 ISBN 978-91-981194-0-4 Innehåll 7 Wallenberg Scholars – ett långsiktigt program till fri forskning wallenberg scholars 2009 LENA CLAESSON-WELSH 11 Tumörer kan bli en ofarlig del av kroppen HANS ELLEGREN 15 Flugsnappares gener nyckel till hur nya arter uppstår JONAS FRISÉN 19 Kärnsprängningar ger hjärnforskare unika möjligheter KARL HENRIK JOHANSSON 23 Energibesparing genom uppkopplade apparater och fordon ANNE L’HUILLIER 27 Atomfysik på frammarsch LARS NYBERG 31 Med blick för hjärnans minnesfunktion, åldrande och sjukdom THOMAS NYSTRÖM 35 Åldrade celler skadas av proteinklumpar BO ROTHSTEIN 39 Korruption leder till sämre hälsa MARIA ÅGREN 43 Kvinnors ekonomiska betydelse under 1600-talet större än man trott wallenberg scholars 2010 PER AHLBERG 49 Evolutinens steg upp på land MATS ALVESSON 53 Forskar om människors fåfänga HELENA EDLUND 57 Med målet att minska diabetes- och fetmarelaterade sjukdomar OLLE ERIKSSON 61 Framtidens magnetiska material PATRIK ERNFORS 65 Grundforskning för självläkande hjärnor OLLE INGANÄS 69 Energisk ledande solskensforskare KURT JOHANSSON 73 På jakt efter slumpmässiga mönster JENS NIELSEN 77 Livets egen ingenjör gör bränsle av jäst DAVID WARDLE 81 Förändringar i fjäll- och skogliga ekosystem PERNILLA WITTUNG-STAFSHEDE 85 Proteinforskning som kan förändra synen på sjukdomsutveckling wallenberg scholars 2011 SIV ANDERSSON 91 Bakterier kan bli kroppens egna vaccinfabriker PETER ANDREKSON 95 Optikforskning som ger snabbare internet DANIEL CONLEY 99 Spår på havsbotten belyser klimatförändringar JOHAN ERICSON 103 Stamcellsforskning mor Parkinsons sjukdom och depression ANDREW EWING 107 Nya filmtekniker ska avslöja hjärnans hemligheter HANS HERTZ 111 Röntgenforskning som väcker förhoppningar LARS HULTMAN 115 Hård, hårdare, hårdast – stark materialforskning SVANTE JANSON 119 Slumpgrafsmodeller som kan förutspå smittspridning PER KRUSELL 123 Klimatförändringar påverkar länders ekonomier olika STEFAN THOR 127 Flugforskning som kan bromsa utveckling av Alzheimer wallenberg scholars 2012 LEIF ANDERSSON 133 Tamsvin, hästar och kycklingar berättar om människans arv MAGNUS BERGGREN 137 Han omvandlar elektroniska signaler till biologiska signaler PER-OLOF BERGGREN 141 Med ögat som fönster för diabetesstudier CHRISTER BETSHOLTZ 145 Ny transportväg för läkemedel mot Alzheimers sjukdom THIERRY COQUAND 149 Datorer ska granska matematiska bevis PER DELSING 153 Han tämjer ljusets krafter TOBIAS EKHOLM 157 Han rör sig på gränsen mellan matematik och fysik MARIANNE GULLBERG 161 Om konsten att lära sig ett nytt språk GUNNAR VON HEIJNE 165 Modellerar med livets arkitektur CARLOS IBÁÑEZ 169 Molekyler med betydelse för fetma, diabetes och neurologiska sjukdomar MIKAEL KÄLL 173 Han kastar nytt ljus över biologiska processer KERSTIN LINDBLAD-TOH 177 Hundens gener – nycklar till mänsklig sjukdom RICHARD NEUTZE 181 Han filmar i molekylernas värld OVE NILSSON 185 Han vill förstå – och styra – träds blomning och tillväxt PATRIK RORSMAN 189 Förklaring till diabetikers svängiga blodsocker MATHIAS UHLÉN 193 Människan ska få en innehållsförteckning Wallenberg Scholars – ett långsiktigt program till fri forskning Inom Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse är förvissningen stor att landets mest välmeriterade forskare behöver långsiktig finansiering, som skapar trygghet och arbetsro för att de ska kunna prova vilda och djärva idéer som de tidigare inte haft möjlighet att förverkliga. Stiftelsen inrättade därför forskningsprogrammet Wallenberg Scholars år 2008. En grundsten var att anslaget inte skulle var villkorat eller styrt. De 15 miljoner kronor som varje Scholar tilldelas får därför disponeras för fri forskning under fem år. Mellan åren 2009 till 2012 utsåg Stiftelsen 46 Wallenberg Scholars. Bland anslagsmottagarna finns forskare inom alla vetenskapsområden som till exempel; matematiker, diabetesforskare, fysiker, statsvetare och en historiker. Många Scholars har vittnat om hur långsiktigheten och friheten gör det möjligt för dem att våga, att kasta sig ut i det okända för att hitta ny kunskap. Resultatet kan bli ett »misslyckande« eller ett forskningsgenombrott, ingen vet, men huvudsaken är att de får möjlighet att utforska sina hypoteser. Och även kunskap om att något inte fungerar är ny kunskap som i sin tur kan vara viktig. Eller så sker det som så ofta händer, att ett oväntat spår dyker upp som kanske leder i en helt annan riktning. För att säkerställa att de främsta forskarna också var de som utsågs till Wallenberg Scholars genomfördes en omfattande utvärdering. Universiteten nominerade de forskare som de ansåg uppfyllde kriterierna för utlysningen därefter utvärderades ansökningarna av internationella och nationella experter inom respektive ämnesområde. Som Sveriges största privata forskningsfinansiär med ändamål att stödja svensk forskning och därigenom stärka Sverige som forskningsnation är vi övertygade om att de utsedda Wallenberg Scholars kommer att bidra både till att höja kvaliteten på svensk forskning och till att ge världen ny kunskap. Peter Wallenberg Jr Göran Sandberg Vice ordförande Verkställande ledamot Wallenberg Scholars 2009 Lena Claesson-Welsh. Tumörer kan bli en ofarlig del av kroppen Cancerbehandling går normalt ut på att förgöra tumörer. Men Lena Claesson-Welsh har en annan infallsvinkel. Hon har hittat ett ämne som lugnar ner tumörer; de blir mindre aggressiva och sprider sig inte. Samtidigt aktiveras immunförsvaret. Mördarceller invaderar tumören och håller den i schack. På så vis kan cancer bli en kronisk sjukdom. »Att bli utsedd till Wallenberg Scholar har gett mig möjligheter att omsätta våra projekt till kliniska behandlingar som kan hjälpa cancerpatienter och eventuellt även personer som lider av andra sjukdomar, till exempel hjärtinfarkt eller ögonsjukdomar där blodkärlsfunktionen är avgörande.« Tänk dig en framtid där vissa tumörer blir en del av kroppen, som ett organ fast helt utan funktion. Onaturligt, men ofarligt. Om de behandlingar som Lena Claesson-Welsh utvecklar fungerar lika bra på människor som på möss, kan detta bli verklighet. – Kanske kan cancer bli till en kronisk sjukdom. En person kan ha en tumör, men den växer inte och stör inte kroppsfunktionen, säger Lena Claesson-Welsh. Behandlingen bygger på ett ämne som finns naturligt i kroppen och som Lena Claesson-Welsh snubblade över för snart tjugo år sedan. Hon hade just kommit hem från en vistelse i USA, där hon gästat en forskargrupp som var världsledande inom området blodkärlsnybildning. De försökte stoppa tillväxten av nya blodkärl i tumörer. Utan blodkärl skulle tumören lida brist på syre och näring, och slut växa. Hemma i Sverige spred sig ryktet snabbt att Lena ClaessonWelsh hade varit på det berömda laboratoriet och lärt sig nya metoder. Många forskare skickade prover med ämnen som de ville att hon skulle undersöka. Påverkade ämnet blodkärlstillväxt? – En metod jag använde kallas kycklingembryo-modellen. Man knäcker ett fertiliserat ägg i en odlingsskål och så ser man om det växer och bildar blodkärl, säger Lena Claesson-Welsh. Det syns tydlig när blodkärlen växer. Ett rött förgrenat nät uppstår i äggulan. En mätt tumör blir mindre aggressiv Ett prov kom från en forskare som arbetade på ett företag. Det innehöll en sidoprodukt från produktionen av preparat för blödarsjuka. När Lena Claesson-Welsh testade ämnet, kallat histidinrikt glykoprotein, HRG, blev det bingo. 11 – Blodkärlsnybildningen minskade på ett dramatiskt vis. Det gav oss mod att göra vår första riktiga tumörstudie. Både tumörtillväxten och blodkärlstätheten blev mindre. Det hade en bra effekt, säger Lena Claesson-Welsh. Till en början trodde hon att tumören slutade växa eftersom den led brist på blod. Men mer detaljerade studier visade på något helt annat. Blodkärlen var visserligen få, men de var av högre kvalitet än normalt. I tumörer brukar blodkärlens väggar läcka. Vätska tränger ut i vävnaden och det leder till ett högt tryck. Celler i omgivningen tar skada och dör. Läckande blodkärl är också dåliga transportörer av syre och näring, vilket gör att tumören svälter. – Allt detta verkar stimulera tumören att sprida sig. Den vill invadera den omkringliggande vävnaden där det finns syre och näring, säger Lena Claesson-Welsh. 12 När tumören istället fylls av täta och bra blodkärl verkar den lugna sig. När blodet flödar som det ska, får alla celler de förnödenheter som de behöver. Elaka immunceller blir hjälpsamma Till en början trodde forskarna att HRG:s viktigaste effekt var att täta blodkärlen. Men när de studerade miljön runt cancercellerna upptäckte de en annan förändring: de immunceller som befanns sig i tumörens närhet verkade ha ändrat karaktär. Kring nästan alla tumörer ansamlas så kallade tumörmakrofager. – Dessa är ofta dåliga; de understödjer tumörtillväxt, säger Lena Claesson-Welsh. Men liksom Dr. Jekyll och Mr. Hyde har dessa tumörmakrofager två tillstånd: ett snällt och ett elakartat. Lena Claesson-Welshs forskargrupp upptäckte att HRG förändrar tumörmakrofager så att de istället visar sig från sin goda sida. De börjar locka till sig så kallade cytotoxiska T-celler; mördarceller som invaderar och avdödar tumören. Nu hoppas Lena Claesson-Welsh att hon ska kunna omsätta all denna kunskap till en effektiv behandling som kan komplettera existerande cancerbehandlingar. Hon ser två alternativ framför sig. Det ena är en form av genterapi som där ett genmodifierat virus sprutas rakt in i tumören. Viruset omvandlar tumören till en fabrik som kontinuerligt tillverkar HRG. Det andra alternativet är ett ta fram ett läkemedel som har samma effekt som HRG. Detta har bra effekt på möss: – Vad vi ser är väldigt intressant. Tumören mår bra. Den lider ingen syrebrist och det blir ingen celldöd i vävnaden rumt omkring. Samtidigt växer den inte till, säger Lena Claesson-Welsh. Om detta fungerar lika bra i människor, skulle cancer kunna bli en kronisk men ofarlig sjukdom. Lena Claesson-Welsh Professor i medicinsk biokemi Wallenberg Scholar 2009 lärosäte Uppsala universitet forskningsområde Mekanismer för blodkärlsnybildning och blodkärlsläckage priser i urval Göran Gustafssonpriset i medicin 1998 Anders Jahres pris för yngre forskare 1996 Eric K. Fernströms pris för yngre forskare 1995 The Svedbergpriset 1995 övrigt Ledamot av Kungl. Vetenskapsakademien Andra aspekter av kärlläckage Forskargruppen studerar också andra aspekter av kärlläckage. När en person får hjärtinfarkt dör till exempel delar av hjärtmuskeln eftersom det läcker ut vätska från kärlen. – Om vi stoppar kärlläckaget ökar överlevanden i hjärtinfarkt och hjärtfunktionen blir bättre, förmodligen för att det blir mindre skada, säger Lena Claesson-Welsh. Detta gäller än så länge möss som är skyddade mot kärlläckage. Även här hoppas Lena Claesson-Welsh att kunskapen ska kunna översättas till effektiva behandlingar för människor. Text Ann Fernholm Bild Magnus Bergström Hans Ellegren Flugsnapparens gener nyckel till hur nya arter uppstår Som första enskilda forskargrupp i världen har Hans Ellegrens team kartlagt ett ryggradsdjurs hela DNA-kod. Deras jämförelser av två arter flugsnappare har lett fram till en unik hypotes om hur nya arter kan uppstå från en population. På molekylnivå kan Hans Ellegren nu förklara varför två likartade individer plötsligt inte kan para sig. »Wallenberg Scholars-anslaget har gjort det möjligt för oss att som enskild forskargrupp kunna kartlägga ett helt genom. Tack vare finansieringen har vi kunnat ha en högre ambitionsnivå än tidigare. Detta ger möjligheter till vetenskapliga genombrott.« Ungefär samtidigt som svenska körer sjunger in våren framför majbrasan, flyttar den svart-vita flugsnapparen hem från sin vintervistelse i Afrika. Deras kvitter fyller skogar över hela Sverige. Men på Öland och Gotland kan den lätt förväxlas med sin öboende släktning, halsbandsflugsnapparen. Det två flugsnapparna skiljer sig marginellt. De sjunger lite olika och öbon har ett vitt band runt halsen, annars är de mest lika. – De är så lika att de kan korsa sig, men avkomman mår inte så bra och blir mer eller mindre steril. Förmodligen är det bara några 100 000 år sedan arterna skiljde sig åt, säger Hans Ellegren, professor i evolutionsbiologi vid Uppsala universitet. De senaste åren har han försökt förstå hur det kan komma sig att två så lika arter inte kan para sig. Vad är det som sätter kuggar i hjulen? Skiljde sig åt under en istid Han visar en karta på fåglarnas utbredning. Halsbandsflugsnapparen huserar främst i sydöstra Europa, och på Öland och Gotland. Den svartvita flugsnapparen dominerar i nordvästra Europa. I Mellaneuropa möts det två arterna i ett överlappande band. Orsaken till att det finns olika arter flugsnapparna, tror forskarna är att kalla istider har tvingat dem söderut. – En del hamnade då på den Iberiska halvön, andra i Italien eller på Balkan, säger Hans Ellegren. De blev geografiskt åtskilda. Under denna tid började flugsnapparna utvecklas åt olika håll. Men ur ett evolutionärt perspektiv var de åtskilda under en ganska kort period. Vad var det som gjorde att de inte längre kunde para sig när värmen smälte isen och fåglarna återigen möttes? Vilka genetiska skillnader spelade roll? 15 – Kan man identifiera orsaken till varför de har blivit inkompatibla, kan man också förstå hur det från en och samma population kan utvecklas två olika arter, säger Hans Ellegren. Först i världen med att kartlägga alla gener för ett ryggradsdjur Med detta som utgångspunkt har hans forskargrupp under två år kartlagt flugsnapparnas hela genetiska kod. Det är ett gigantiskt arbete som blev möjligt tack vare att Hans Ellegren 2009 blev utsedd till Wallenberg Scholar. 16 – Detta är det första genom för ett ryggradsdjur som en enskild forskargrupp har lyckats kartlägga. Det krävs anslag på den här nivån för att man ska ha en chans att göra något sådant här själv, säger Hans Ellegren. Jämförelsen mellan de två arterna har gett förvånande men intressanta resultat. Forskarna trodde att de skulle hitta skillnader i en eller ett par av flugsnapparnas 17 000 olika gener. Men det visade sig att alla gener är väldigt lika. Skillnaderna finns i de delar av arvsmassan som ligger mellan generna. – Skillnaderna ligger framförallt i kromosomernas ändar eller precis i mitten. Dessa delar är viktiga när cellen ska dela på sig, säger Hans Ellegren. En kromosom brukar ritas som ett X. Kromosomens centrum, där de två armarna möts, kallas centromeren och den håller ihop kromosomerna när nya könsceller ska bildas. Upptäckten har lett fram till en hypotes om hur nya arter kan uppstå, som Hans Ellegren publicerades i tidskriften Nature hösten 2012. Tesen går ut på att arter blir inkompatibla eftersom det går snett vid bildandet av könsceller. När en cell ska dela sig och bli till två könsceller, ligger kromosomerna i cellens mitt. Långa spindelliknande armar, gjorda av proteiner, fäster till centromererna i mitten. När delningen börjar, drar armarna kromosomhalvorna till varsin dottercell. Men hos en korsning mellan till exempel svartvit flugsnappare och halsbandsflugsnappare fungerar troligtvis inte denna process som den ska. – Om centromererna inte känner igen varandra, kan de inte rada upp sig i cellens mitt. De blir inkompatibla, säger Hans Ellegren. Genom olika experiment ska han nu utvärdera denna modell. Dessutom ska han i samarbete med kollegorna en våning upp på Evolutionsbiologiskt Centrum i Uppsala försöka förstå hur genetiska olikheter kan påverka flugsnapparnas beteenden och framgång i häckningen. Kollegorna arbetar i fält och följer kolonier av flugsnappare på Öland och på Gotland. Både föräldrar och fågelungar ska kartläggas. – Det långsiktiga målet med den Wallenbergfinansierade forskningen är att förstå den genetiska bakgrunden till egenskaper som är viktiga i naturen. Vi vill förstå hur biologisk mångfald uppkommer och hur man ska förvalta den genetiska variationen, säger Hans Ellegren. Att studera fåglar i naturen är dock både svårt och tidskrävande. Därför använder de också burfåglar, zebrafinkar som modell. Förhoppningen är att projekten ska korsbefrukta varandra och att en helt ny art av kunskap ska uppkomma. Hans Ellegren Professor i evolutionsbiologi Wallenberg Scholar 2009 lärosäte Uppsala universitet forskningsområde Sambandet mellan evolution på molekylär nivå och egenskaper hos individen priser i urval ERC Advanced Investigator Grant 2010 Sture Centervalls pris för naturskydd övrigt Ledamot av Kungl. Vetenskapsakademien Ledamot av Kungl. Vetenskaps-Societeten i Uppsala Ledamot av Kungl. Vetenskapssamhället i Uppsala Text Ann Fernholm Bild Magnus Bergström Jonas Frisén Kärnsprängningar ger hjärnforskare unika möjligheter »Det är värsta deckarjobbet«. Så betecknar Jonas Frisén sitt liv som forskare. Med hjälp av kolisotoper från provsprängningar av kärnvapen, daterar han nervceller i den mänskliga hjärnan. Många av resultaten överraskar – bland annat att 90-åringar bildar nya nervceller i hippocampus, en del av hjärnan som är viktig för minnet. »Wallenberg Scholaranslaget har varit oerhört värdefullt för att kunna starta nya och långsiktiga projekt. God finansiering över lång tid ger en stor vetenskaplig frihet, vilket gör att man kan ta ut svängarna lite mer och pröva nya tankar.« Precis vid ingången till laboratoriet står ett skåp fullt med tomma champagneflaskor. Det är minnen från alla framgångar som Jonas Friséns forskargrupp har firat. Storleken på flaskan visar hur mycket blod, svett och tårar som projektet har krävt. Och snart är det dags för en ny flaska, modell magnum. Tio års strävan har äntligen gett resultat: gruppen har lyckats mäta hur mycket nervceller som nybildas i människans hippocampus. Den brukar kallas »porten till minnet« eftersom den bland annat sorterar ut vilken information som ska gå till långtidslagring. − De senaste månaderna har varit otroligt spännande. Vi har samlat tillräckligt mycket data för att kunna göra analyser och modellera. Det är lite som att öppna julklappar, säger en nöjd professor i stamcellsforskning. Möss är inte människor Mot slutet av 1990-talet var däremot Jonas Frisén ganska frustrerad. Den kunskap som hans forskargrupp fick fram om hjärnans nervcellsnybildning gällde egentligen bara gnagare. Det gick inte att göra samma experiment på människor. Kemikalierna var för giftiga och metoderna ställde krav som var etiskt ohållbara. Så han började fundera – hur kunde de göra istället? På något vis behövde forskargruppen kunna bestämma vilket år nervceller i hjärnan har formats. Tankarna gick till arkeologin, där forskare daterar både skelett och papyrusrullar med hjälp av kol 14-metoden. Ju mer av isotopen kol-14 någonting innehåller, desto yngre är saken. 19 − Men det var en naiv tanke. Halveringstiden för kol-14 är 6 000 år. Det är en fasligt lång tid ur en cells perspektiv, säger Jonas Frisén. I forskningslitteraturen snubblade han dock över något annat intressant: att provsprängningar av kärnvapen har förändrat kol14-halterna i atmosfären. Mängderna fördubblades när världens kärnvapennationer mellan 1955 och 1963 detonerade hundratals laddningar. Sedan kom ett förbud och kol-14-halterna har återigen börjat sjunka mot normala nivåer. Kärnsprängningar påverkar våra gener En tanke mognade sakta fram. Kunde man använda atmosfärens varierande halter av kol-14 för att datera celler? När en cell delar sig kopieras alla gener till dottercellen. Gener består av DNA, en molekyl som till stor del byggs av kolatomer. Kol-14-halten i en nervcells DNA borde alltså spegla exakt vilket år efter 1955 som den har formats. 20 Tanken var vild och Jonas Frisén skulle behöva röra sig utanför sina vanliga jaktmarker för att ro den i hamn. Studier av kol-14 kräver kärnfysik och stora acceleratorer. − Sådana här okonventionella projekt brukar inte välkomnas av forskningsfinansiärer. Folk tvivlar på att man får till det, säger Jonas Frisén. Men tack vare ett anslag från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse fick han möjlighet att testa idéns bärkraft. Redan tre år senare hade den prestigefyllda tidskriften Cell en bild av ett klassiskt svampmoln från en kärnsprängning på framsidan. Jonas Friséns forskagrupp hade då lyckats analysera åldern på hjärnbarkens nervceller. Vid den tiden debatterades det intensivt om nervceller nybildas i hjärnbarken. Men resultatet var tydligt – nervceller i människans hjärnbark är lika gamla som personen. De nybildas alltså inte efter födelsen. Jonas Frisén Professor i stamcellsforskning Wallenberg Scholar 2009 lärosäte Karolinska Institutet forskningsområde Resultat som förvånar Mer förvånad blev Jonas Frisén när forskargruppen lyckades mäta kol-14-halterna i luktbulben år 2009. Försök visar att det finns två ställen i hjärnan hos alla däggdjur där nervceller nybildas: i hippocampus och i luktbulben. Men hos människor verkar det fungera annorlunda. − När data började trilla in upptäckte vi till vår stora förvåning att koncentrationerna av kol-14 motsvarade de som fanns i atmosfären när personerna föddes. Det hade jag inte förväntat mig, säger han. De dagsfärska analyserna av hippocampus rymmer också överraskningar. När svensken Peter Eriksson 1998 lyckades visa att hippocampus förnyas, skakade resultaten om forskarvärlden. − Det är den enda studie hittills som har påvisat nervcellsnybildning i den mänskliga hjärnan, säger Jonas Frisén. Men nu har han lyckats bekräfta resultaten och har dessutom kvantifierat nybildningen. Vi byter årligen ut cirka två procent av hippocampus – även när vi blir riktigt gamla. − Hos de flesta försöksdjur minskar nybildningen med åldern. Men våra analyser visar att människor som är över 90 år fortfarande har en omfattande nervcellsnybildning, säger Jonas Frisén. Han ska också analysera nybildningen vid fetma och depression. Djurförsök visar att dessa två tillstånd är kopplade till en lägre nervcellsnybildning. Antidepressiva läkemedel, så kallade SSRIpreparat, verkar tvärt om stimulera tillverkning av nya nervceller. Att förstå dessa processer är nästa viktiga mål för Jonas Frisén och hans forskargrupp. Studier av stamceller i vuxna organ, framförallt i hjärnan priser i urval AkzoNobel Science Award 2011 ERC Advanced Grants 2010 International Prize of the Dargut and Milena Kemali Foundation for Basic and Clinical Neurosciences 2010 Göran Gustafssonpriset 2002 Anders Jahres pris för yngre forskare 2001 Eric K. Fernströms pris till yngre forskare 2001 övrigt Medlem av European Molecular Biology Organization (EMBO) 2003 Ledamot av Kungl. Ingenjörsvetenskapsakademien Ledamot av Nobelförsamlingen vid Karolinska Institutet Ledamot av Kungl. Vetenskapsakademien Text Ann Fernholm Bild Magnus Bergström Karl Henrik Johansson Energibesparing genom uppkopplade apparater och fordon Tåg av lastbilar, lokaler som bara värms upp om någon är där och tvättmaskiner som anpassar sig efter elnätets kapacitet. Det är några tillämpningar av Karl Henrik Johanssons annars ganska teoretiska forskning. Om nätverk av datorer och sensorer får styra finliret i vår vardag, går det att göra stora energibesparingar. »Tack vare den långsiktiga finansieringen som Wallenberg Scholar ger, kan jag nu angripa några av de största och viktigaste forskningsproblemen inom mitt område. Dessutom är utnämningen en bekräftelse på att forskningen jag leder är internationellt framstående och viktig för Sverige, vilket till exempel underlättar när jag rekryterar doktorander och forskare.« Några radiostyrda lastbilar står parkerade i experimentverkstaden. Det är högt i tak, nakna ventilationsrör och slitna målade betonggolv, lite som i en lagerlokal. Karl Henrik Johansson, professor i nätverksreglering, har just flyttat hit den praktiska biten av sin verksamhet. Några hundra meter bort på KTH:s campus ligger institutionen där hans forskargrupp utvecklar ny teori för nätverksreglering: hur olika enheter ska samarbeta för att lösa en gemensam uppgift. I fallet med lastbilarna handlar det om att räkna ut hur de, genom att kommunicera med varandra, kan åka tätare ihop utan att krocka. Fordonet längst fram ska ha en förare, men sen rullar resten av bilarna automatiskt efter på ett avstånd om bara ett tiotal meter. Ju närmare, desto mindre luftmotstånd och desto större bränslebesparing. − Mellan år 2000 och 2020 beräknas antalet godstransporter i världen växa med 50 procent. Om vi grupperar lastbilar i tåg, så att de kör ihop, kan vi spara 5–10 procent i bränsle, säger Karl Henrik Johansson, som blev utsedd till Wallenberg Scholar år 2009. En trådlös konvoj Redan nu använder Scania hans teknik ute på vägarna. Företaget har ett åkeri där de bland annat provar att köra konvojer om 3–4 lastbilar åt gången mellan Stockholm och Zwolle i Holland. Men här på KTH ska tekniken optimeras ytterligare. Fordonen ska bli än bättre på att samverka, transporter ska ske på utsatt tid och vägnätet ska användas effektivare. Lastbilsmodellerna och andra fordon i lokalen utrustas med datorer, sensorer och trådlös kommunikation. 23 − Om lastbilarna ska köra på ett visst avstånd från varandra måste de kunna kommunicera. De bilar som följer efter måste snabbt anpassa sig om den framför till exempel bromsar eller gasar, säger Karl Henrik Johansson. Lastbilarna blir till mobila sensorer som vet var i världen de befinner sig och som kan ta till sig och kommunicera information om vägförhållanden och övrig trafik. I lagerlokalen har forskargruppen med hjälp av infraröda kameror satt upp ett GPS-system för inomhusbruk. Det är samma slags system som filmindustrin använder när de animerar figurer som Gollum i Sagan om ringen. Själva vägnätet ska forskargruppen projicera på golvet. Tanken är att kartan ska rulla fram så att modellbilarna kan köra runt i hela i Europa trots att lokalen bara är 10–15 meter lång. 24 Lastbilar och tvättmaskiner – enheter i ett nätverk För Karl Henrik Johansson handlar lastbilsexperimenten om mer än bara bränsleförbrukning. Han ser lastbilarna som mobila enheter i ett dynamiskt nätverk, där varje enhet är mer eller mindre beroende av alla de andra. När enheterna kommunicerar kan de anpassa sig efter varandra och dra nytta av varandras information. Dessa enheter kan vara något helt annat än lastbilar, till exempel rum i ett hus eller sammankopplade processer i en industri. − Vi utvecklar grundläggande teorier för hur de här sammankopplade systemen ska vara uppbyggda, säger Karl Henrik Johansson. De tar fram ekvationer som beskriver enheternas kommunikation och programmerar datorer som styr och optimerar processerna automatiskt. På engelska heter ämnesområdet »networked control« och det kan översättas till »reglering av dynamiska nätverk«. Karl Henrik Johansson tar ett annat exempel: tvättmaskiner utvecklade för Norra Djurgårdsstaden, en miljöstadsdel som byggs i Stockholm. Tvättmaskinerna, framtagna av Electrolux, känner av tillfälliga toppar och dalar i elförbrukningen och rättar sig därefter. Genom sådana här automatiska anpassningar blir belastningen på elnätet jämnare. − En maskin spelar ingen roll, men när alla hushåll i Norra Djurgårdsstaden, eller hela Stockholm, tvättar så här gör det helt plötsligt skillnad, säger Karl Henrik Johansson. Små förändringar som ger stor effekt När han tillämpar sina teorier handlar det ofta om små förändringar som leder till stora energibesparingar; enkla men smarta innovationer som göra saker effektivare. En doktorand har nyligen börjat experimentera med energianvändningen på KTH. Han ska koppla temperaturregleringen till universitetets undervisningsschema. En tom föreläsningssal ska förbruka minimalt med energi. Först någon timme innan studenterna fyller salen, ska värme och ventilation gå igång. Men Karl Henrik Johansson har också lite mer vilda framtidsvisioner. På en hylla i experimentverkstaden står helikopterliknande modeller. Dessa ska, med hjälp av dynamisk nätverksreglering, flyga i formation i lagerlokalen. Helikoptrarna ska känna av och anpassa sig till varandra och till trafiken på golvet – helt automatiskt. Han hoppas kunna bjuda in skolelever som kan få prova på och inspireras av den spektakulära tekniken. Så det är tur att det är högt i tak i Karl Henrik Johanssons experimentverkstad. Karl Henrik Johansson Professor i nätverksreglering Wallenberg Scholar 2009 lärosäte KTH forskningsområde Reglering av dynamiska nätverk priser i urval Utnämnd till Fellow av IEEE 2013 Lars Magnus Ericssons stiftelse för främjande av elektroteknisk forskning 1998 Scania AB Young Researcher Award 1996 Peccei Award, International Institute of System Analysis, Österrike 1993 övrigt Medlem av IEEE Control Systems Society Board of Governors Framtidens forskningsledare 2005, Stiftelsen för Strategisk Forskning, SSF Text Ann Fernholm Bild Magnus Bergström Anne L’Huillier Atomfysik på frammarsch Anne L’Huillier rör sig i en värld som består av partiklar som är mindre än man kan föreställa sig. Som atomfysiker studerar hon elektroner som rör sig i atomer och molekyler. Det första genombrottet kom när hon och hennes forskargrupp kunde mäta världens kortaste ljuspuls, det andra när de fångade elektroner på film. För att få en liten förståelse för vilka snabba rörelser som Anne L’Huillier studerar så måste man mäta tiden i attosekunder. En attosekund motsvarar ungefär en triljondels sekund. Eller 10 upphöjt i minus 18 sekunder, eller för att få ett mer begripligt perspektiv. – En attosekund förhåller sig till en sekund på ungefär samma sätt som en sekund förhåller sig till universums ålder, förklarar Anne L’Huillier. Attosekundpulser bildas när en atom befinner sig i ett starkt elektromagnetiskt fält. Elektronernas svängningar ger upphov till ny strålning med högre frekvens, övertoner. Dessa övertoner kan sedan under speciella förhållanden samverka och bilda »tåg« av attosekundspulser. År 2003 lyckades Anne och hennes forskargrupp skapa och mäta en 170 attosekund lång attosekundpuls, som då var världens kortaste puls. Och det var med hjälp av dessa pulser och »stroboskopteknik« som de två år senare, för första gången i världen, kunde visa rörliga bilder på en elektronvåg som just slitit sig från atomkärnan och guppat i väg på en ljusvåg. – Det är otroligt mycket som hänt sedan publiceringen av upptäckten, 2005, och fram till i dag, konstaterar hon lugnt. »ERC-anslaget betydde mycket, sedan kom Wallenberg Scholaranslaget som kronan på verket. Det har gjort att jag vågar satsa på något nytt.« Indirekta tillämpningar Högeffektlaserlaboratoriet vid Lund Laser Centre, som är det enda av sitt slag i Skandinavien, är ett respekterat laboratorium i världen, delvis tack vare Anne L’Huillier. Forskningen som bedrivs i labbet är, liksom på de flesta håll, helt nyfikenhetsstyrd men tillsammans driver de olika labben på laserutvecklingen och bidrar på så vis indirekt till flera praktiska tillämpningar. – Våra önskemål tvingar laserföretagen till ständig utveckling 27 som kan vara bra även inom andra område, berättar Anne L’Huillier. Högeffektlaserlaboratoriet är fyllt av olika avancerade lasersystem som används för att skapa strålning. – Nästan all utrustning är finansierad av Wallenbergstiftelsen. Vårt nyaste lasersystem, som jag köpte med hjälp av Wallenberg Scholar-anslaget, baseras på hög repetitionsfrekvens som ger nästan en miljon pulser per sekund vilket möjliggör en rad experiment vi inte kunna genomföra tidigare. Den vi använde när vi gjorde filmen klarade »bara« 1000 pulser per sekund. 28 I takt med att storleken på anslagen växt har också hennes forskargrupp utökats från en mindre skara till dagens omkring 15 personer. Ett växande område Just nu jobbar Anne L’Huillier och hennes grupp med att försöka mäta hur lång tid det tar för en elektron att lämna en atom. Forskargruppen har tidigare framförallt experimenterat med gas. – Vi vill nu också göra det på en yta, och titta på nanostrukturer. Det är mycket svårare. Därför kommer vi att samarbeta med bland andra forskare inom fasta tillstånds fysik och kondenserad materia, berättar Anne L’Huillier. I början av 1900-talet hade atomfysiken sin glansperiod men trängdes sedan allt mer ut av både kärnfysik och elementarpartikelfysik. Men i och med laser- och datorutvecklingen har den fått en renässans och är åter igen i ropet. Det visade inte minst 2012 års Nobelpris i fysik som gick till två forskare som uppfunnit och utvecklat metoder för att styra och mäta enskilda kvantpartiklar. – Det märks också att allt fler blir intresserade av vårt forskningsfält. Attofysik är ett område som växer, bekräftar Anne L’Huillier. Experimentalist och teoretiker Anne L’Huillier kom från Paris till labbet i samband med att det startades 1992 för att delta i ett forskningssamarbete under några månader. Hon återvände sedan under 1994 och anställdes 1995. Två år senare utsågs hon till professor vid Lunds universitet. – Det som är så roligt med attofysik är att det är så kreativt, det finns både tekniska och teoretiska utmaningar. Vi är främst experimentalister men även teoretiker och ibland lite av ingenjörer. Jag känner verkligen att jag valt rätt jobb. Sedan älskar jag att undervisa, det berikar också forskningen, konstaterar hon. 2011 fick hon Unescos pris för kvinnor inom vetenskap, med avsikt att uppmuntra kvinnor inom teknik och naturvetenskap. Fysik med ultrakorta laserpulser är i mycket männens värld. – Jag har två, tre kvinnliga kollegor i världen som jag har kontakt med. Anne L’Huillier menar att stödet från familjen och kollegor har var viktigt för hennes karriär. Något hon tror kan vara ännu viktigare för kvinnor än män. Anne L’Huillier Professor i atomfysik Wallenberg Scholar 2009 lärosäte Lunds universitet forskningsområde Attosekundpulser och ultrasnabb atomfysik priser i urval Carl Zeiss Research Award 2013 L’Oréal-UNESCO For Women in Science Award 2011 ERC Advanced Grant 2008 övrigt Ledamot av Kungl. Vetenskapsakademien Ledamot av Kungl. Ingenjörsvetenskapsakademien Ledamot av Nobelkommittén för fysik Text Carina Dahlberg Bild Magnus Bergström Lars Nyberg Med blick för hjärnans minnesfunktion, åldrande och sjukdom Alla har vi väl ibland önskat att vi skulle kunna titta in i en annan persons hjärna för att förstå hur han eller hon tänker. Lars Nyberg kan det. Med hjälp av magnetkameror, minnestester och statistiska analyser försöker han fånga vad som händer med vårt minne och vår hjärna när vi åldras. »Ska man våga satsa på långsiktiga studier är det oerhört viktigt med en mångårig basfinansiering. Anslaget har varit avgörande för ytterligare en omgång av Betulastudien.« I källaren på Norrlands universitetssjukhus ligger Umeå center for Functional Brain Imaging. Centret, som Lars Nyberg är föreståndare för, arbetar med hjärnavbildning. Den främsta orsaken till placeringen i källaren är den stora och tunga magnetkameran, MRI-kameran, med vars hjälp man kan avbilda och studera hjärnan medan den arbetar. Kameran är i princip en jättemagnet med en styrka på tre tesla. – Den måste stå i ett isolerat rum och det är väldigt viktigt att inga magnetiska föremål kommer i närheten eftersom de omedelbart sugs in av magnetfältet och kan slungas in i kameran, förklarar Lars Nyberg. Som Wallenberg Scholar fortsätter Lars Nyberg och hans forskargrupp med den minnesstudie som inleddes redan 1988 under ledning av professor Lars-Göran Nilsson. – Då startade vi Betulaprojektet som är en longitudinell studie av åldrande, minne och demens. Syftet är att studera hur minnesfunktioner förändras under vuxenlivet och att bestämma riskfaktorer för demens och tidiga tecken på demenssjukdomar. Minnesförsämring först i sextioårsåldern Sedan starten har 4 500 slumpvis utvalda Umeåbor deltagit i studien. Tester har utförts vart femte år i fem omgångar. Hösten 2013 planeras nu ytterligare en omgång. – Det tillkommer nya personer hela tiden i studien men merparten har varit med i flera försöksomgångar. Och det är just det, att det finns resultat från samma personer vid olika tidpunkter, som är det mest värdefulla med studien och gör den unik. 31 – På så vis kan vi se hur olika individers minne förändras över tid. Minnesfunktionen är individuell. Våra studier visar på att det finns 80–85-åringar som har lika bra minne som genomsnittliga 35-åringar. Nästan samtliga övriga studier som gjorts har utgått från tvärsnittsstudier, där individer i olika åldrar jämförs, och indikerat att det episodiska minnet börjar försämras redan vid 25-årsåldern. – Vi tycker att vi har en god bild av hur det ser ut. Våra longitudinella studier visar en ganska stabil minnesfunktion fram till 60– 65-årsåldern. Men alla forskare håller inte med om det, säger han med ett tvetydigt leende. Livsstilsfaktorer och gener viktiga Det episodiska minnet är det personliga minnet, där saker som vi gjort och upplevt lagras, det är också den minnesfunktion som tidigast påverkas av ålder. Lars menar att en viktig faktor för hur åldrandet påverkar det episodiska minnet också är vilken nivå den enskilda individen börjar på. – Genetik är givetvis en stark faktor för minne och kognition men våra studier har visat att det finns fler. Vi vill påstå att det som utmärker äldre personer med gott minne är att det lyckats bevara sin minnesfunktion och inte som tidigare sagts, att de har tillgång till någon slags minnes- eller hjärnreserv. 32 Betulaprojektet tyder på att livsstilsfaktorer som fysisk aktivitet, sociala nätverk och typ av arbete spelar roll för bevarandet av minnesfunktionen. – Vi har också sett att personer med hög utbildning, kvinnor och de som har en gynnsam variant av COMT-genen, som påverkar dopaminnivån, har bättre resultat. Upptäckten av betydelsen av COMT kan kopplas till att personer med Parkinsons sjukdom, som bland annat beror på låga dopaminnivåer, inte bara får motoriska problem utan många gånger också försämrad minnesfunktion. – Vi håller därför på med en särskild studie av Parkinsonpatienter, berättar Nyberg. Faktorer som hänger samman med sämre minne är låg utbildning, arbetslöshet, manligt kön och en ogynnsam variant av ApoE-genen som har visat sig vara den starkaste riskfaktorn för demens. Viktigt att utmana hjärnan Hippocampusregionen i hjärnan, som ungefär befinner sig innanför tinningen, är viktig för det episodiska minnet – Vi ser att de som har bra minne har högre aktivitet i hippocampus då de memorerar ny information. Kan man då slå sig till ro som äldre om man har ett gott minne och goda förutsättningar för att få behålla det. Svaret är nej. – Man måste hela tiden fortsätta att vara aktiv och utmana hjärnan genom att göra nya saker. Hjärnan kan tränas livet ut. Fortsatt fysisk aktivitet är också en viktig faktor. Någon speciell typ av hjärnträning kan han ännu inte rekommendera. – Vi håller på med studier och försöker hitta metoder som utmanar hjärnan på ett bra sätt. De metoder som i dag marknadsförs har generellt inget vetenskapligt stöd. Framförallt är det så att träningseffekterna tenderar att vara väldigt specifika. Lars Nyberg började sin forskarkarriär som professor i psykologi för att 2006 utses till professor i neurovetenskap. Detta gör honom nog extra väl lämpad till det som är lite av en nyckel i minnesforskningen – att konstruera uppgifter som försökspersonerna ska lösa när minnet undersöks. Framgångarna har lett till att Lars Nyberg också fått en inbjudan att delta i EU:s mångmiljardsatsning på hjärnforskning. Han är också en av de forskare som ingår i det stora hjärnprojektet Brain Power som finansieras av Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse. Lars Nyberg Professor i neurovetenskap Wallenberg Scholar 2009 lärosäte Umeå universitet forskningsområde Åldrande, minne och demenssjukdomar med hjälp av hjärnavbildning priser i urval Mångbergska priset i neurologiska vetenskaper 2008 Göran Gustafssonpriset 2007 övrigt Torsten och Ragnar Söderbergs forskningsprofessur i medicin 2011 Ledamot av Kungl. Vetenskapsakademien sedan 2008 Text Carina Dahlberg Bild Magnus Bergström Thomas Nyström Åldrade celler skadas av proteinklumpar I Thomas Nyströms värld handlar inte åldrande om rynkor och glömska, utan om proteiner som klumpar ihop sig inuti celler. Han studerar varför celler blir gamla och vilka molekylära processer som kan skydda mot åldrande. Förhoppningen är också att förstå sjukdomar som Parkinsons och Huntingtons bättre, där personer åldras i förtid. »Det anslag som man får som Wallenberg Scholar är av den bästa typen. Pengarna är inte är låsta till något speciellt projekt och dessutom varar de i fem år. De flesta andra anslag räcker i tre år. Då måste man skynda sig att få resultat. Vi hade inte kunnat göra det vi gör i dag utan det här anslaget.« I ett litet rum på Thomas Nyströms laboratorium står tre robotar som dag och natt arbetar med att förädla jäststammar. Detta är hjärtat av forskargruppens verksamhet. Tusentals olika jästceller korsas med tusentals andra. En robot sköter själva avlandet; en annan för över korsningarna till ett odlingsmedium och en tredje – ett robotmikroskop – läser av hur väl jästen åldras. Målet är att få fram jästceller som kan leva så länge som möjligt. – Vi försöker hitta proteiner och processer som kan bromsa åldrandet och som kan motverka uppkomsten av sjukdomar som till exempel Huntingtons och Parkinsons, säger Thomas Nyström, professor i mikrobiologi vid Göteborgs universitet. Jäst är en encellig organism och dess medellivslängd räknas i hur många dotterceller en modercell kan knoppa av. Normalt kan den dela sig 25 gånger. Men Thomas Nyström, har fått fram jästceller som kan leva i över 40 generationer. – Det är mycket för att vara i jäst, säger han när han förevisar sina robotar. Han vågade satsa på detta storskaliga projekt år 2009, när han blev utsedd till Wallenberg Scholar. Och tack vare robotarna har han hunnit göra en rad spännande upptäckter under sin livstid. − Vi hade inte kunnat genomföra projektet utan den här utrustningen. Det hade tagit toklång tid, över 80 år. Nu tar det istället åtta månader, säger Thomas Nyström. Gamla celler fylls av klumpar av proteiner Den tes som Thomas Nyström arbetar efter är att åldrande beror på att proteiner, som annars styr och kontrollerar cellens kemi, blir gamla och klumpar ihop sig. Proteiner består av långa kedjor av aminosyror och dessa bildar trassliga ansamlingar som är giftig 35 för cellen. Att denna process hör ihop med åldrande upptäckte Thomas Nyström när han studerade varför bakterieceller plötsligt kollapsar. – En del av problemet är att bakterier skadar sig själva med sin egen andning. Det bildas fria syreradikaler som skadar proteinerna, säger Thomas Nyström. Alla celler som andas omsätter syre. Det är en reaktiv molekyl som lätt bildar syreradikaler. Cellerna har flera olika skyddsmekanismer mot dessa. Men åldrande celler verkar inte hinna med att ta hand om alla radikaler. Till en början studerade Thomas Nyströms forskargrupp proteinklumparna i bakterier. Forskningsprojektet tog dock en ny riktning när en doktorand, som hellre ville studera jästceller, upptäckte något förvånande: när en jästcell delar sig stannar alla proteinklumpar i den gamla cellen. Dottercellen belastas inte med detta skräp. 36 – Även om modercellen är gammal kommer alltså dottercellen att födas ung, säger Thomas Nyström. Hans nyfikenhet väcktes. Hur gick det till? Dog dottercellen tidigare om man förstörde sorteringsmekanismen? Åldrandet syns som gröna prickar För att kunna följa cellers åldrande utvecklade forskargruppen ett system där proteinklumpar lyser i grönt. De använder ett protein, Hsp104, som naturligt försöker reda ut trassel av skadade proteiner och som binder till alla giftiga klumpar. Till Hsp104 har forskarna sedan kopplat ytterligare ett protein som lyser grönt. Denna sinnrika konstruktion gör att det börjar lysa grönt i cellen när proteinklumparna formas. – Alla på vårt labb tittar på gröna prickar hela tiden. Vi drömmer om dem på nätterna, säger Thomas Nyström. I unga celler – där proteinerna är intakta – finns inga prickar alls. Men när cellen bli äldre dyker prickarna upp och blir fler och fler, tills kollapsen är ett faktum. Parkinsons och Huntingtons handlar om för tidigt åldrande Thomas Nyström forskargrupp har också tagit fram jästmodeller av Huntingtons och Parkinsons sjukdomar. Dessa sjukdomar orsakas av speciellt giftiga och muterade proteinklumpar. När forskargruppen studerade huntingtin, det protein som orsakar Huntington, hittade de en ny intressant försvarsmekanism. Cellerna samlar alla skadliga klumpar på en enda plats. Men sedan, när de blir äldre, tappar de denna förmåga och gröna prickar börjar dyka upp lite överallt. – Vi förmodar – men det är en ren hypotes – att det är bättre att allting klumpar ihop sig till en enda stor boll, istället för att fara omkring överallt i cellen. Klumparna fastnar framförallt på en struktur som fungerar som transportväg i cellen. När klumparna blir för många slutar transportvägarna fungera. Vad styr då det naturliga åldrandet? Gruppens forskning visar att proteiner som skyddar mot syreradikaler är viktiga. Men mycket mer än så kan Thomas Nyström inte avslöja. Han nämner än det ena, än det andra spännande forskningsresultatet. Men så säger han: – Men det här får du inte skriva om. Det är inte publicerat ännu. Mycket av det han pratar om, i all hemlighet, har potential att förändra synen på åldrande. Detta tack vare tre robotar vars ledade armar jobbar dag ut och dag in med att korsa jästceller. Thomas Nyström Professor i mikrobiologi Wallenberg Scholar 2009 lärosäte Göteborgs universitet forskningsområde Jäst som modell för åldrande och åldersrelaterade sjukdomar priser i urval ERC Advanced Grant 2010 Björkénska priset 2006 Göran Gustafssonpriset i molekylärbiologi 2003 övrigt Ledamot av Kungl. Vetenskapsakademien Medlem av European Molecular Biology Organization (EMBO) Medlem av American Academy of Microbiology Text Ann Fernholm Bild Magnus Bergström Bo Rothstein Korruption leder till sämre hälsa »The problem of hell«. Så beskriver Bo Rothstein ett överraskande forskningsresultat: det finns inget samband mellan hur demokratiskt ett land är och landets välstånd. Faktum är att människor i diktaturens Kina mår bättre än i demokratins Indien. Mänsklig välfärd beror istället på något helt annat: avsaknad av korruption och att alla står lika inför lagen. »Wallenberg Scholars-anslaget har framför allt betytt att jag har kunnat rekrytera en grupp unga forskare och ge dem möjligheter att bedriva forskning kring den här problematiken. Det har i sin tur gjort att vi blev huvudansvariga för ett omfattande EUfinansierat forskningsprojekt inom detta område vilket också är det hittills största EU-projektet inom samhällsvetenskaplig forskning.« Hur ska ett land styras för att invånarna ska må så bra som möjligt? Den frågan upptar Bo Rothstein, professor i Statsvetenskap vid Göteborgs universitet. För snart tio år sedan var han med och grundade forskningsinstitutet »The Quality of Government« och sedan dess har institutet byggt en gigantisk databas, numera en av de mest använda i världen, för denna typ av samhällsvetenskaplig forskning. Den rymmer bland annat tiotusentals intervjuer med slumpmässigt utvalda invånare från en stor del av världens länder. Dessutom har över tusen experter fått ge sin syn på offentlig verksamhet och utöver detta har forskarna lagrat information som kan mäta välfärd; allt ifrån barnadödlighet, tillgång till vatten och hur många 12-åringar som kan läsa, till hur nöjda landets invånare är med sitt liv. Med alla dessa data som grund försöker institutets forskare nu förstå sambanden mellan människors hälsa och landets förvaltning. – Vi sysslar med tre frågor. Hur ska man rent begreppsligt förstå vad som räknas till kvalitet i offentlig verksamhet? Vad har det för effekter på mänsklig välfärd? Och hur kan man förklara variationerna mellan länder? säger Bo Rothstein. Opartiska och fria från korruption Den första frågan – vad som är kvalitet i offentlig verksamhet – har Bo Rothstein ägnat mycket tid. Definitionen måste vara allmängiltig och enkel. Hans slutsats: kvalitet är när offentliga institutioner är opartiska och är fria från korruption. Alla ska vara lika inför lagen. – Tjänstemän ska implementera och tillämpa landets lagar och förordningar utan att påverkas av mutor, religion, kön, etnicitet, 39 släktskap, politiska åsikter eller andra ovidkommande saker, säger Bo Rothstein. Demokrati – ingen garanti för välfärd Bo Rothsteins forskning visar att graden av korruption inom statsförvaltningen spelar en avgörande roll för invånarnas välmående. Hur demokratiskt land är, har förvånande nog mycket mindre betydelse. – Jag kommer att vara den sista personen som argumenterar mot demokrati. Men det dystra resultatet är att det är svårt att hitta ett samband mellan graden av demokrati och mänsklig välfärd, säger Bo Rothstein. Han jämför till exempel Kina och Indien: – Kina överträffar numera Indien på varje upptänkligt mått på mänsklig välfärd. Till de länder som toppar listan över opartiska myndigheter hör: de nordiska länderna, länder i nordvästra Europa, Australien, Kanada, Nya Zeeland, Chile, Singapore och Hong Kong. Demokratier som Grekland och Italien lider däremot av svår korruption och här i bottnar eurokrisen, menar Bo Rothstein: – Grekland och Italien hamnar lägre i våra mätningar än vad en handfull afrikanska länder gör. 40 Meriter hos landets tjänstemän påverkar korruption Om korruption påverkar välfärden i ett land – vad styr då graden av korruption? Här har institutet hittat tre intressanta infallsvinklar. – Det finns ett starkt samband mellan breda utbildningsreformer och låg korruption. Hur många barn som i medeltal gick i skolan år 1870 är starkt kopplat till dagens korruptionsnivå, säger Bo Rothstein. Utbildning är alltså viktigt. Men också jämställdhet. Ju fler kvinnor i landets styrande organ, desto mindre korruption, visar institutets forskning. Sist men inte minst är rekryteringen av tjänstemän viktig. I länder där meriter avgör, är korruptionen låg. I samhällen där svågerpolitik regerar, ökar risken för att myndigheterna ska behandla människor olika. – En strikt meritrekrytering sänder ut en viktig signal om statens intentioner, säger Bo Rothstein. Däremot hjälper det inte höja tjänstemännens lön, visar institutets analyser. Det är en myt att det skulle vara svårt att muta en högavlönad tjänsteman. Arbete mot korruption har vilat på fel grunder I några av världens länder minskar korruptionen, till exempel Sydkorea, Chile, Taiwan och Botswana har man varit framgångsrik. Men i många andra länder går utvecklingen åt fel håll. En viktig orsak, menar Bo Rothstein, är att åtgärdsprogrammen har varit baserade på felaktiga teorier. – Man har missförstått problemets grundläggande natur, säger han. En dominerande tes bygger på att människor inom en korrupt statsförvaltning inte skulle förstå att de agerar omoralisk. Men institutets forskning visar att människor korrupta länder mycket väl förstår att det är dåligt. En annan tes säger att ohederliga aktörer måste bestraffas hårdare. Men för detta krävs domstolar som är opartiska när de dömer och i korrupta länder saknas just detta. Istället, menar Bo Rothstein, krävs något som kan liknas vid en »Big bang«; ett omvälvande förändring av statsförvaltningen som gör att invånarna inser att det är nya spelregler som gäller. Och att dessa spelregler gäller alla. Hur och varför sådana omvälvningar uppstår, återstår att besvara. Nästa steg inom forskningen är att gå igenom olika länders historia och identifiera viktiga händelser som har lett bort från korruption och ökat landets välfärd. Bo Rothstein August Röhss professur i statsvetenskap Wallenberg Scholar 2009 lärosäte Göteborgs universitet forskningsområde De politiska institutionernas kvalitet, välfärdspolitik, social tillit, korruption, fattigdomsbekämpning, arbetsmarknadspolitik och intresseorganisationer priser i urval Pris för tvärvetenskaplig forskning Kungl. VetenskapsSamhället i Uppsala 2004 Sveriges universitetslärarförbunds pris för akademisk frihet 2003 övrigt Huvudansvarig för EU-projektet »Anticorruption Policies Revisited: Global Trends and European Responses to the Challenge of Corruption (ANTICORRP)« Ledamot av Kungl. Vetenskapsakademien Text Ann Fernholm Bild Magnus Bergström 42 Maria Ågren Kvinnors ekonomiska betydelse under 1600-talet större än man trott Människor har alltid varit tvungna att arbeta för sitt levebröd, så även på 1500-, 1600- och 1700-talen. Men vad en bonde eller piga faktiskt sysselsatte sig med har till stora delar varit okänt. För första gången kartläggs det svenska arbetslivet som det såg ut ända tillbaka till Gustav Vasas dagar. Den bild som växer fram slår hål på gamla föreställningar om hur män och kvinnor har försörjt sig i äldre tid. »Wallenberg Scholars är det största som har hänt mig sedan jag utnämndes till professor och betyder otroligt mycket. Anslaget har gjort det möjligt att bygga upp ett forskarlag, använda nya samarbetsmetoder och skapa ett projekt som är väsentligt större än vad som är vanligt inom humaniora.« En forskargrupp med specialister inom historia och humaniora samverkar för att systematiskt samla in uppgifter om hur människor försörjde sig i Sverige från mitten av 1500-talet fram till slutet av 1700-talet. På den tiden skedde i stort sett allt arbete inom ramen för hushållen, något som gör det svårare att få grepp om vad enskilda individer sysselsatte sig med, förklarar Maria Ågren, professor i historia vid Uppsala universitet och initiativtagare till projektet »Genus och arbete«. – I dag beger vi oss som individer till våra olika arbetsplatser, där produktionen äger rum. Men förr skedde arbetet inom ett hushåll, och ofta så beskrivs det i de historiska källorna som att det är just hushållet som uträttar saker och ting, medan det i själva verket givetvis även på den tiden handlade om konkreta personer som arbetade. För oss är utmaningen att försöka bryta upp det slutna hushållet och få en inblick i hur människor faktiskt försörjde sig. Värdefulla rättsprotokoll En yrkesbeteckning som »bonde« ger inte någon större vägledning, och inte heller om kvinnor betecknas som pigor eller änkor i dokument. Men det finns andra uppgifter om man vet var man ska leta. – En viktig källa är gamla rättsprotokoll. Där finns ofta konkreta beskrivningar av vad människor sysslade med, allt från att sälja strömming och pligga skor till att vakta barn och lägga om sår. Alla sådana uppgifter samlar vi in och lagrar i en specialkonstrue- 43 rad databas. Dessutom sparas digitaliserade bilder av de handskrifter där forskarna har hämtat uppgifterna. Unik databas växer fram Databasen som växer fram blir en unik sammanställning av arbetslivet under den tidigmoderna epoken. Metoden kallas den verborienterade, och handlar om att komma åt vad människor ägnade sig åt i praktiken, i stället för att utgå från ideal och normer som kanske inte alltid stämmer överens med verkligheten. Redan nu konstaterar forskarna att man kan skrota gamla fördomar om hur arbetet var fördelat mellan könen. Det visar sig att vissa kvinnor ägnade sig åt typiskt manliga grovarbeten och att hustrur, trots att de enligt lagen räknades som omyndiga, ibland kunde träda in i sin makes ställe och utföra arbetsuppgifter till och med i statlig tjänst. Kvinnor drev på marknadssamhället Bland vissa historiker har föreställningen funnits att även på 1600talet var fadern familjeförsörjaren och modern stannade hemma, lagade mat och tog hand om barnen. – Där tror jag att vi kan visa en mycket annorlunda bild. Den tidens hushåll fungerade faktiskt mer som moderna hushåll. Både 44 mannen och kvinnan arbetade och bidrog med inkomster i form av pengar. Även kvinnorna utförde alltså avlönat arbete, något man inte har sett, och deras insats var viktig för hushållets ekonomi. Forskningsresultaten belyser också hur Sverige utvecklades från ett samhälle där människor i stort sett var självförsörjande till att bli en del av det moderna marknadssamhället, och där spelade kvinnorna en viktig roll. – Det var inte minst hustrurna som var aktiva på vad vi kallar för den framväxande marknaden. De tillverkade föremål och sålde dem på marknadsplatser och utförde motsvarigheten till vår tids RUT-jobb, olika servicetjänster som att städa, laga mat och baka bröd hemma hos andra. Vill man förstå marknadens expansion redan under 1600- och 1700-talen så är det centralt att närmare studera kvinnors arbete. Maria Ågren Professor i historia Wallenberg Scholar 2009 lärosäte Uppsala universitet forskningsområde Gamla släktingar väckte historieintresset I grundskolan var historia inte Maria Ågrens favoritämne. I stället var det språkstudier som lockade. Men intresset för det förflutna och en insikt om nyttan med historiekunskaper växte fram i möten med äldre släktingar. – De berättade om sin uppväxt och jag fick klart för mig hur enskilda människoöden är inflätade i den stora historien. Det var förlösande och nyttigt att se kopplingarna mellan mikro och makro, mellan den lilla människan och de stora sammanhangen. Det perspektivet fick Maria Ågren glädje av under studietiden vid Uppsala universitet. I sin doktorsavhandling belyste hon markoch äganderättskonflikter i södra Dalarna under perioden 1650– 1850. Det förflutna lär oss inte bara om konkreta händelser som ägt rum för länge sedan, utan ger oss även verktyg till att analysera vår egen tid, förklarar hon. – Som historiker övar man upp förmågan till att analysera hur olika faktorer, till exempel politiska, ekonomiska och kulturella, samverkar i väldigt komplexa system. Det ger en ökad förståelse av exempelvis hur samhällen förändras över tid, kunskap som alltid är aktuell. Projektet »Genus och arbete« avslutas i december 2014 och kommer att utmynna i flera böcker, bland annat en monografi på engelska för att kunna sprida forskningsresultaten internationellt. Anslaget på 15 miljoner kronor, som delas ut till alla Wallenberg Scholars, är en ovanligt stor summa inom humanistisk forskning och har gett förutsättningar för helt nya arbetssätt. – Det har inneburit att vi kan sätta tänderna i större och svårare forskningsproblem, säger Maria Ågren. Gränslandet mellan social historia, rättshistoria och ekonomisk historia, bland annat med frågeställningar som rör människors försörjning och synen på jordägandet under tidig modern tid och med ett genusperspektiv. priser i urval Pris till minne av Sten Carlsson, Kungl. Gustav Adolfs Akademien 2005 Thuréus-priset, Kungl. VetenskapsSocieteten i Uppsala 2003 The Erwin C. Surrency Prize, American Society for Legal History 2001 Pris för framstående vetenskaplig gärning, Kungl. Vitterhets- Historie och Antikvitetsakademien 1998 Pris till minne av Anders Diös, Kungl. Gustav Adolfs Akademien 1992 övrigt Ledamot av Societas Litterarum Humaniorum Regia Upsaliensis, Kungl. Vetenskaps- Societeten i Uppsala Ledamot av Kungl. Vitterhets- Historie och Antikvitetsakademien Ledamot av Academia Europaea Hedersdoktor vid Jyväskylä universitet 2013 Text Nils Johan Tjärnlund Bild Magnus Bergström Wallenberg Scholars 2010 Per Ahlberg Evolutionens steg upp på land Ett av de stora stegen i evolutionen är ryggradsdjurens kliv från vatten till land. Per Ahlberg är forskaren som har kastat nytt ljus över ett av förhistoriens stora mysterier. Våra urgamla förfäder fiskarna tog sig upp på land betydligt tidigare än vad man har trott. »Det är ett underbart stöd. Vi får ett inflöde av bra människor. Man kan säga till duktiga människor att ›vi har stålar, bara kom!‹ Vi kan också starta nya projekt med mycket kort framförhållning.« För några år sedan upptäcktes avtryck i ett stenbrott i sydöstra Polen. De första spekulationerna handlade om att spåren kunde ha lämnats av en kravlande kvastfening. Men Per Ahlberg konstaterade snabbt att det rörde sig om avtryck från djur med riktiga fötter, en tetrapod. De fossila fotavtrycken var 395 miljoner år gamla, och därmed det äldsta beviset för övergången från vatten till land som hittills har presenterats. Resultaten publicerades i tidskriften Nature vintern 2010 och har väckt stor uppmärksamhet runt om i världen. – Det fanns tetrapoder, minst lika stora som du och jag, vid en tid när vi trodde att den här gruppen inte hade uppkommit. Vi trodde oss ha en bra bild av tetrapodernas uppkomst, men nu inser vi att det finns jätteluckor, säger Per Ahlberg. Fyndet handlar om ett centralt skede i livets utveckling. De första ryggradsdjuren på land, de så kallade tetrapoderna, utvecklades senare till amfibier, kräldjur, fåglar och däggdjur – inklusive människan. Under många årtionden har forskarna varit ganska eniga om att tetrapoderna uppstod inom en kort tidsrymd för omkring 380 miljoner år sedan. Men det skedde alltså betydligt tidigare. Levde i strandlinjen Förr trodde man att de fyrfotade djuren uppkom samtidigt som de första skogarna, och att steget från vatten till land togs vid skogiga flodstränder och träsk. Men de nya fotspåren är inte bara äldre än de första riktiga träden, de kommer också från en annan miljö: en grund lagun nära kusten. – Det som är kul med fotspåren är inte bara att de är så gamla, utan också att de visar oss på djurens beteende och rörelsemönster. Vi har många spår med olika bevaringsgrader, däribland ungefär 30 fotavtryck med märken av tår. 49 De äldsta djuren såg troligen ut som en blandning av krokodiler och fiskar och tycks ha levt på gyttjebankar i havskanten. De kavade sig fram med frambenen. Kanske sökte de mat i form av maneter eller uppspolade fiskar och sannolikt förökade de sig i vattnet. – Exakt vad tetrapoderna gjorde i strandlinjen vet vi inte. Men vi får släppa den gängse bilden av sprittande vattensalamandrar och verkligen börja analysera hur de betedde sig, säger Per Ahlberg. Dinosauriefrälst som barn Redan som barn var Per Ahlberg »dinosauriefrälst« och intresset har hållit i sig. Under många år var han verksam som paleontolog på Natural History Museum i London och 2003 kom han till Uppsala universitet, där han byggde upp en forskarmiljö inom evolutionär organismbiologi från grunden. Utmärkelsen Wallenberg Scholar har gjort det möjligt att rekrytera nya medarbetare, bland annat den polske forskaren Grzegorz Niedzwiedzki, som hittade avtrycken efter de äldsta tetrapoderna. 50 Nya ryska fynd Per Ahlberg har också tack vare Wallenberg Scholar kunnat frigöra mer egen tid för forskning och resor till samarbetspartners i olika länder. Ett pågående projekt handlar om ett välbevarat fossil av en hittills okänd tetrapod i Sosnogorsk i nordöstra Ryssland. – Det är den äldsta form där vi kan rekonstruera hela skallen och skuldergördeln, säger Per Ahlberg. Fyndplatsen var bekant redan på 1800-talet, men det är först nyligen som en lokal forskare, Pavel Beznosov, har återvänt dit och, i samarbete med Per Ahlberg, kunnat se med nya ögon på lämningarna. Gamla fossil är oftast tillplattade, som om man har gått över dem med en brödkavel, vilket försvårar en rekonstruktion av volymen. – Men genom att vi nu har separata ben, som är perfekt tredimensionellt bevarade, så behöver vi bara pussla ihop dem för att få en korrekt form. Till exempel ser vi att nosen är uppåt bjöd, som i ansiktet på en gädda. Detaljerade bilder av livets förhistoria Forskningen sker inte endast i fält, utan även på ett molekylärbiologiskt laboratorium som Per Ahlberg har byggt upp. Där arbetar ett team med att studera relationen mellan genuttryck och embryoutveckling hos zebrafisk, som är en vanlig modellorganism inom utvecklingsbiologi. I ett rum med stora datorskärmar sitter några medarbetare och visualiserar fossila bens tredimensionella struktur. Bilderna håller en mycket hög upplösning, mer än en tusendels millimeter. De pepparkornsliknande hålen är spår lämnade av enskilda celler. Genom att modellera blodkärlen genom benen så kan man exempelvis förstå hur tänderna har växt fram i ett käkben som är 420 miljoner år gammalt. Det är ett hantverksmässigt och tålamodsprövande arbete. Man kan fråga sig vilken nytta vi har av att klarlägga detta i detalj så lång tid efteråt. Per Ahlberg är van att reflektera över frågeställningen. – Vår forskning handlar ytterst om mänsklighetens uppkomst och de steg i evolutionshistorien utan vilka vi inte skulle finnas till. Den rymmer flera biomedicinska perspektiv. I det här fallet handlar det om hur näs-, hypofys- och käkregionen har byggts om när man har gått från rundmunnar till käkförsedda ryggradsdjur, säger Per Ahlberg. Per Ahlberg Professor i evolutionär organismbiologi Wallenberg Scholar 2010 lärosäte Uppsala universitet forskningsområde Tetrapodernas uppkomst under devonperioden (416–359 miljoner år sedan). Han har upptäckt flera tetrapoder med namn som: Elginerpeton, Obruchevichthys, Ventastega och Sinostega samt övergångsformen Livoniana. priser i urval ERC Advanced Investigator Grant 2010 övrigt Ledamot av Kungl. Vetenskapsakademien Ledamot av Kungl. Vetenskaps-Societeten Text Nils Johan Tjärnlund Bild Magnus Bergström Mats Alvesson Forskar om människors fåfänga Massutbildning, statusjakt och omfattande konsumtion är några fenomen som präglar vår tids samhälle. Men det är ett beteende som dövar för stunden och som inte ger någon långsiktig tillfredsställelse. I stället kan det vara en delförklaring till att många människor mår dåligt, menar professor Mats Alvesson. Mats Alvesson är professor i företagsekonomi och doktor i psykologi vid Lunds universitet och utgår i sin forskning från olika föreställningar om utbildning, arbetsliv och konsumtion. Ett centralt begrepp i Alvessons forskning är grandiositet. Det handlar om en utbredd önskan att framställa tillvaron i en förskönad form. Till exempel skapas nya titlar och yrken får legitimation eller ny auktorisation, utan att det för den skull sker en motsvarande utveckling av bättre och förnyade kunskaper. – Man vill höja sin status och imagen är i fokus. Man döper om fenomen så att det låter mer tjusigt och elegant, men det handlar i hög grad om yta. Denna samhällsutveckling är något som jag tack vare utnämningen Wallenberg Scholar får möjlighet att studera mer systematiskt, bland annat i fråga om innebörder för chefer. Ytan viktigare än innehållet »Tack vare anslaget kan jag agera mer långsiktigt, få mer utlopp för kreativa inslag i forskningen och testa nya hypoteser, som jag annars inte hade haft möjlighet till.« Grandiositeten tar sig uttryck på olika sätt, genom en rad »skyltfönsteraktiviteter«, som Alvesson kallar det. Det kan vara via sociala medier, exempelvis Facebook och Twitter, där man noggrant väljer ut och presenterar vissa delar av sitt liv och söker bekräftelse genom att bli sedd av andra, men också i arbetslivet genom titelinflation, effektsökande powerpoint-presentationer och en fokusering på varumärken och reklam. – Men det slutar i ett nollsummespel, där ju mer den ena individen framstår som flott och grandios, desto mer framstår den andra i en sämre dager, vilket skapar en ökad statusjakt. Det finns en glidning inom olika delar av samhället där människor i högre grad ses som kunder i stället för medborgare. Varumärket blir viktigare än innehållet, inte bara inom näringslivet 53 utan även inom politik, förvaltning och skola. Något som också slukar resurser och för med sig stora samhällskostnader, säger Mats Alvesson. – En viktig förklaring är kapitalismens utveckling. I vår tid har det skapats ett överutbud och det driver fram ett skifte från produktion och kärnverksamhet till försäljning, reklam och förförande budskap. 54 Övertro på högskolan Från politiskt håll talas ofta om kunskapssamhället och det ropas efter ökad kompetens inom olika yrken. Högskoleutbildning ses som en viktig framtidsfråga och en självklar lösning på en rad olika samhällsproblem. Studenter ska studera längre och genomgå fler kurser. Men det finns en övertro på massutbildningen, menar Mats Alvesson. – Man kan inte sätta likhetstecken mellan en stor utbildningsvolym och kompetensutveckling. Folk blir inte per automatik duktigare för att de har gått en formell utbildning. En aktuell amerikansk studie tar upp att 40 procent av högskolestudenterna inte blir mer kvalificerade efter sina studier. Samhället akademiseras brett. Universitet och högskolor tar in nya utbildningar för att attrahera studenter, som spa-program, måltidsvetenskap och dataspelsutveckling, ämnen som knappast hör hemma på den nivån, enligt Alvesson. Samtidigt har intresset för den klassiska bildningen och krävande studier sjunkit, och i stället uppmuntras elever och studenter till att ha kul och ägna sig åt ämnen som de själva tycker är intressanta. Räds inte debatten En rad av Mats Alvessons slutsatser kan uppfattas som kontroversiella, men han räds inte att sticka ut hakan i debattartiklar och opinionsbildande böcker. Bland annat har han kallat högskolan för en AMS-filial. Men deltagandet i debatten är en viktig del av forskarrollen, som han ser det. – Jag kallar mig inte för expert, och är ödmjuk kring de vetenskapliga osäkerheter som finns. Och visst kan man råka illa ut i massmedier på grund av att budskap förvrängs. Men det är viktigt att bidra publikt och intellektuellt, även utanför ens snäva forskningsområde. Mats Alvesson ser fram emot att använda anslaget som följer med utnämningen Wallenberg Scholar till flera olika projekt, bland annat vidare studier av grandiositet, utbildningsfrågor, varumärkesutveckling och företagens organisation. – Det är nyfikenhetsdriven forskning. För mig handlar det vetenskapliga arbetet om att skapa ett mysterium och sedan lösa det. Det speciella är att finna oväntade fenomen och sedan få möjlighet att studera dem, till exempel att följa intressanta processer inom en organisation eller ett företag, säger Mats Alvesson. Mats Alvesson Professor i företagsekonomi Wallenberg Scholar 2010 lärosäte Lunds universitet forskningsområde Huvudsakligen om organisation och ledarskap i näringslivet, om varumärkesutveckling och begreppet grandiositet. utmärkelser Honorary professor vid St Andrews University och University of Queensland Visiting professor vid Exeter University övrigt Han har skrivit flera böcker Tomhetens triumf är översatt till engelska och japanska Han är också aktuell med en bok om chefsliv tillsammans med Stefan Sveningsson Text Nils Johan Tjärnlund Bild Magnus Bergström Helena Edlund Med målet att minska diabetes- och andra fetmarelaterade sjukdomar I över 20 år har Helena Edlund studerat bukspottkörteln, den handstora körteln bakom magsäcken, som kan gömma svaret på hur en global epidemi av diabetes och andra fetmarelaterade sjukdomar kan stoppas. – Egentligen har vi redan svaret. Det gäller att röra på sig och hålla nere kaloriintaget och undvika snabba kolhydrater, konstaterar Helena Edlund som precis innan intervjun kommit tillbaka från sin dagliga lunchjogging på Umeå universitets campus. Men trots att de flesta vet att kost och motion är nyckeln till ett friskt och sunt liv sprider sig fetma och diabetes typ 2 som en epidemi över hela världen. Störst är ökningen i Asien, Mellanöstern, och Amerika. – USA:s befolkning håller på att äta ihjäl sig. Bara en tredjedel är normalviktiga, 20–30 procent har fettlever och det finns tolvåringar som har skrumplever på grund av fetma, berättar Edlund. Typ 2-diabetes kallades tidigare för åldersdiabetes men allt eftersom allt fler barn drabbades gick man över till att prata om typ 2-diabetes, medan »barndiabetes« kallas typ 1. – Typ 2-diabetes är en komplex sjukdom som karaktäriseras av både insulinresistens och defekter i betacellerna, konstaterar Helena Edlund som utsågs till Wallenberg Scholar 2010. »Anslaget ger mig frihet att testa idéer och ett längre perspektiv. I stället för att publicera när jag har halva historien kan jag vänta tills den är mer komplett.« Få fungerande läkemedel Helena Edlund som är professor i molekylär utvecklingsbiologi inledde sin forskarbana med studier av bukspottkörtelns utveckling, från det att den bildas i embryot tills dess den är fullt utvecklad. Genom fortsatta studier av de insulinproducerande betacellerna och cellernas signalöverföring hoppas hon kunna bidra med kunskap som kan minska diabetes- och andra fetmarelaterade sjukdomar. I fokus för hennes forskning står betacellerna och en receptor, en del i cellen som vidarebefordrar signaler, samt cellernas autofagi, cellernas nedbrytning av utslitna cellbeståndsdelar. 57 – Jag vill på molekylärnivå förstå hur fetma påverkar bukspottkörtelns insulinbildande betaceller, leverfunktionen och kopplingen till diabetes. Varför slutar betacellerna fungera? Varför utvecklar inte alla med insulinresistens diabetes? Jag vill förstå, säger hon med ett energiskt eftertryck. Visst drivs hon också av att hitta en förklaring som kan leda till ett läkemedel men hon säger att det är väldigt svårt. – Det handlar om ett oerhört komplext samspel. I dag har vi få fungerande läkemedel eftersom vi inte har full förståelse av processen. Ju mer vi förstår desto bättre kan vi bli på förebyggande insatser och på att förbättra eller skapa nya läkemedel. 58 Fetma och diabetes Helena Edlund, som är en av världens ledande utvecklingsbiologer, gjorde tillsammans med sin forskargrupp, ett internationellt genombrott när det gäller förståelsen för hur fetma orsakar ökade nivåer av insulin, socker och blodfetter. Nivåer som kan leda till sjukdomar som typ 2-diabetes och fettlever samt följdsjukdomar som hjärt- och kärlsjukdomar och kronisk leversjukdom. – Förklaringen är att fett förstärker utsöndringen av insulin – man får en turboeffekt. Vi visade att fettsyror stimulerar insulinutsöndring via receptorn GPR40 och att om man utvecklar fetma men saknar GPR40 receptorn så drabbas man inte av diabetes och andra relaterade sjukdomar i samma utsträckning, berättar Helena. Genom att blockera receptorn skulle man teoretisk kunna skydda sig mot diabetes och andra följdsjukdomar. – Men vi vet inte om det hjälper när man redan har utvecklat diabetes. Eftersom diabetesdiagnosen ofta sätts flera år efter insjuknandet så blir det i så fall ett ineffektivt vapen. Vardagsmotion och mindre socker Att betaceller påverkas både av ålder och av fetma är numera fastlagt. Helena och hennes forskargrupp har nu blivit allt mer intresserad av cellernas autofagi. – Autofagin, eller nedbrytningen av utslitna celldelar, försämras bland annat vid fetma. Om man stimulerar autofagin lever man längre. Och då är vi tillbaka till rätt kost och motion igen, säger hon samtidigt som hon slår ett slag för vardagsmotionen. – Att ta trapporna istället för hissen, eller att stå istället för att sitta vid sitt skrivbord och att sluta äta godis eller att dricka läsk, är små enkla förändringar man kan göra. Helena Edlund Professor i molekylär utvecklingsbiologi Wallenberg Scholar 2010 lärosäte Umeå universitet forskningsområde Bukspottkörtelns utveckling och uppkomsten av diabetes priser i urval Nordeas livsvetenskapliga pris 2011 Göran Gustafssonpriset 2011 övrigt Ledamot av Kungl. Vetenskapsakademien Individuella behandlingar Diabetes och andra fetmarelaterade sjukdomar är komplexa. Genetik, hormoner och andra faktorer samspelar med miljöpåverkan på ett sätt som är svårt att förutse. Det gör det svårt att hitta effektiva läkemedel. – Olika diabetespatienter kan dessutom ha olika grundproblem vilket betyder att den effektivaste behandlingen kan vara helt individuell. Att forska om detta är som att lägga pussel. Vissa bitar är viktigare än andra, när de väl ligger på plats kommer de andra automatiskt. Men varje ledtråd vi får leder samtidigt till en mängd nya frågor. Förhoppningsvis kommer alla bitar att falla på plats en dag, men det krävs fortfarande mer kunskap och forskning innan pusslet är klart, konstaterar Helena Edlund. Text Carina Dahlberg Bild Magnus Bergström Olle Eriksson Framtidens magnetiska material Omkring 80 procent av all världens information är lagrad i ett magnetiskt medium, som datorer, mobiltelefoner och digitalkameror. Men tillgången på råvara kan bli ett framtida problem. Dessutom ställs nya krav på ökad lagringskapacitet och snålare energiförbrukning. Olle Eriksson är forskaren som försöker förutspå framtidens magnetiska material. »Under många år fanns gott om forskningsidéer på lager, men inga medel för att realisera dem. Vi har haft ett uppdämt behov och tagit fram en massa idéer som vi nu äntligen kan börja testa. Dessutom är det väldigt hedrande personligen att bli utsedd till Wallenberg Scholar.« Högt uppe under takåsarna på Ångströmlaboratoriet kan Olle Eriksson skåda ut över Uppsala. Men oftare betraktar han världen i atomskala. Här finns en av världens främsta miljöer inom materialteori med ett stort världsomspännande nätverk och omkring 100 samarbetspartners. Med hjälp av matematiska modeller och datorsimuleringar studerar man bland annat magnetiska material för att teoretiskt förutspå egenskaper som hårdhet och dynamik. I nuläget baseras magnetiska material med stor hårdhet på sällsynta jordartsmetaller, som exempelvis neodym. Omkring 90 procent av alla gruvor med sådana metaller finns i Kina och priserna stiger i höjden. Råvarutillgången kan bli ett framtida problem. – Det gäller därför att hitta nya metallkombinationer. Vi kan med mycket god noggrannhet utföra teoretiska beräkningar och göra sökningar med större hastighet än vad man kan göra experimentellt. Förhoppningen är att vår forskning leder fram till material med motsvarande egenskaper eller till och med bättre material, säger Olle Eriksson. Databas med mönsterigenkänning Lämpliga materialkandidater vaskas fram med hjälp av mönsterigenkänning. Uppsalaforskarna har skapat en databas baserad på materialens elektronstruktur. – Vi tittar mycket på hur elektronerna rör sig i material och det är denna elektronrörelse som ger upphov till alla de kemiska bindningar som stabiliserar materialen, och förklarar varför järn är magnetiskt, fönstret är genomskinligt och våra dna-strängar ser ut som de gör för att ta några exempel, förklarar Olle Eriksson. 61 Elektronstrukturen beskriver materialets egenskaper och kan liknas vid materialets eget dna. Nu har Olle Eriksson och hans kollegor räknat ut elektronstrukturen för över 100 000 material, såsom järn, aluminium, kisel och lagt ut uppgifterna på en hemsida, som vem som helst kan ta del av. Material kan uppfinnas teoretiskt i datorn innan de sedan prövas experimentellt. Det snabbar på forskningen och gör arbetet mer träffsäkert. Vissa material lämpar sig bättre än andra i magnetiska minnen. – Vi har till exempel tagit fram en järnkoboltlegering, som vi tror kommer att ha goda egenskaper. Det verifierades av en annan forskargrupp här på Ångströmlaboratoriet, som kunde tillverka materialet i tunna filmer. Men nu vill vi kunna återskapa materialets egenskaper i bulkform och kommer då att samarbeta med kemisterna här i samma byggnad, förklarar Olle Eriksson. 62 Tar fram nya supraledare Elektronstrukturen är också av grundläggande betydelse för att förstå andra egenskaper hos material, som exempelvis supraledning. I supraledare kan ström flyta utan elektriskt motstånd. Om supraledare skulle fungera i rumstemperatur vore det lösningen på världens energiproblem och upphovet till en hel rad tillämpningar som i dag låter som science fiction: svävande tåg, högspänningsledningar utan elförluster och en ny generation enormt kraftfulla datorer. Olle Eriksson har tillsammans med kollegan Mattias Klintenberg nyligen tagit fram en lista på drygt hundra material som är potentiellt nya högtemperatursupraledare. Tusentals vetenskapliga artiklar har skrivits om detta fenomen sedan genombrottet 1986, men fortfarande är mekanismerna bakom okända. – Vi har upptäckt saker som sticker ut och är gemensamma i materialens elektronstruktur. När vi går igenom databasen har vi med hjälp av detta kunnat ta fram en förteckning på nya kandidater. Det är ett gäckande och spännande ämne att försöka lösa supraledningens gåtor. Många har kliat sig i skallen och gett upp, så det vore fantastiskt om det här kan innebära ett nytt genombrott. Tidigare har inte tekniken varit mogen för mönsterigenkänning. Men nu är datorerna tillräckligt snabba och mjukvaran avancerad nog för att kunna få fram den detaljerade struktur som är nödvändig, och det kan alltså vara grunden till att upptäcka de efterlängtade materialen. Olle Eriksson Professor i teoretisk magnetism Wallenberg Scholar 2010 lärosäte Uppsala universitet forskningsområde Teoretisk modellering av materialegenskaper med anknytning till fysik och kemi. priser i urval ERC Advanced Investigator Grant 2010 Göran Gustafssonpriset i fysik 2002 övrigt Pusselbitar som förklarar verkligheten Ledamot av Kungl. Vetenskapsakademien Det var inte självklart att Olle Eriksson skulle bli teoretisk fysiker, men i gymnasiet väcktes hans intresse på allvar. I Uppsala hade han turen att bli doktorand under professor Börje Johansson, välkänd bland annat som medlem av Nobelkommittén för fysik och som blivit en inspirerande förebild och nära kollega. Olle Eriksson har också varit verksam i Los Alamos i USA, tre år som postdok och ett år som gästforskare. – Det är en fantastisk forskningsmiljö, men miljön här i Uppsala är mycket bättre än vad som kan uppbringas där. Forskningsresultaten kommer de närmaste åren att kunna leda fram till snabbare, energisnålare och bättre datorer. Tillämpningarna är viktiga, men det är också roligt med grundforskningen. – Det är kul för oss att bygga modeller som vi tror beskriver verkligheten, och sedan få modellerna verifierade i experiment. Då har vi fått ännu en pusselbit som vi kan lägga till för att förstå hur verkligheten är beskaffad. Text Nils Johan Tjärnlund Bild Magnus Bergström Patrik Ernfors Grundforskning för självläkande hjärnor En hjärna som skadas av en sjukdom eller ett slag, ett trauma, kan i dag inte repareras. Men Patrik Ernfors hoppas att hans forskning ska bidra till att hjärnan i framtiden kan stimuleras till att självläka. Han tror att förståelsen av mekanismerna bakom stamcellernas celldelning kan vara en avgörande faktor. – Vi hoppas och tror att våra fynd inte bara kan hjälpa hjärnan att självläka vid skador utan att de också ska öppna för att nya behandlingsformer för vissa cancersjukdomar kan utvecklas. Patrik Ernfors, som är professor i molekylär neuroutveckling vid Karolinska Institutet, och hans forskargrupp har skapat ett nytt forskningsfält. Det finns väldigt många forskare i världen som studerar stamceller, nästan alla försöker förstå vad det är som gör, och hur det går till, att embryonala stamceller som i de närmaste kan utvecklas till alla typer av celler, specialiserar sig och utvecklas till exempelvis hudceller, blodceller eller nervceller. Patrik Ernfors forskargrupp är i princip ensamma om att studera mekanismerna kring själva celldelningen. – Stamcellerna är speciella eftersom de kan dela sig obegränsat. Men det har forskats väldigt lite om hur delningen regleras. Kunskapen om delningen hos embryonala och neurala stamceller är knapphändig, konstaterar Patrik Ernfors, som med anledning av sin framstående forskning utsågs till Wallenberg Scholar 2010. »Anslaget ger mig ekonomisk frihet att gå ut i okänd mark för att leta nya principer och mekanismer, något som är oerhört viktigt för att nå ny kunskap.« Stimulans till självreparation Varje celldelning ger antingen upphov till två helt nya stamceller som ser till att bevara stamcellsegenskaperna, eller till en ny stamcell och en specialiserad, differentierad, stamcell med nya egenskaper. Forskarna vet att hjärnan har ett sätt att styra specialiseringen av stamcellerna i hjärnan. Problemet är att det finns för få stamceller, för att de i sin tur ska kunna bilda ett tillräckligt stort antal ersättningsceller som kan reparera skador. Patrik Ernfors hoppas att hans forskning ska avslöja mekanismerna bakom processen. 65 66 – Då skulle man kunna designa läkemedel som kunde stimulera en ökning av antalet stamceller och på så vis hjälpa hjärnan att reparera sig själv. Saknar protein Uppkomsten till forskningsfältet var ett oväntat fynd som Patrik och hans forskargrupp gjorde 2008. De fann att celldelningen av stamceller, och därmed också deras antal, styrs genom en mycket oväntad mekanism som helt skiljer sig från andra somatiska celler i kroppen. Embryonala stamceller saknar det protein som bestämmer om cellen ska dela sig eller specialisera sig. Det är samma protein som också bestämmer hastigheten på celldelningen i somatiska celler. – Vi upptäckte bland annat att embryonala stamceller har andra mekanismer som styr celldelningen och att denna mekanism också styr delningen av stamceller i den vuxna hjärnan. De fann också en signalsubstans eller neurotransmittor, som gjorde att cellerna delade sig långsammare genom att påverka proteiner kopplade till kromatinet, som består av strukturproteiner bundna till arvsmassan, DNA:t. – Det fick oss att fokusera på att försöka förstå proteiner bundna till DNA:t och deras roll vid celldelning. Ny cancerbehandling? Patrik Ernfors menar att om man förstår mekanismerna bakom stamcellers celldelning kan möjligheter öppnas för att lära sig hur man kan både öka och minska stamcellernas antal, och genom detta påverka hur många nya utmognade hjärnceller som bildas i den vuxna hjärnan. – Vi vet att det finns ett direkt samband mellan antalet nybildade hjärnceller, inlärning och minne. Försök med möss visar att antalet celler påverkar inlärningen och det gäller troligen människan också. Kopplingen till cancersjukdomar går via celldelningen. Det är väldigt få celler i en tumör som kan bilda och förnya tumörceller som skapar metastaser. I dag är forskarvärlden ganska enig om att det finns cancerstamceller som för vidare mutationer vid delningen. – De är resistenta mot de flesta behandlingar. Vi studerar främst hjärncancersjukdomen Gliom. Vi letar efter små molekyler som styr celldelningen. Förstår vi mekanismerna bakom celldelningen kan vi kanske skapa behandlingsmetoder som om stoppar delningen och därigenom spridningen av cancercellerna, säger Patrik Ernfors. Patrik Ernfors Professor i vävnadsbiologi Wallenberg Scholar 2010 lärosäte Karolinska Institutet forskningsområde Mekanismerna bakom stamcellers celldelning priser i urval ERC Advanced Investigator Grant 2008 Göran Gustafssonpriset 2000 övrigt Ledamot av Nobelförsamlingen vid Karolinska Institutet Ledamot av Kungl. Ingenjörsvetenskapsakademien Text Carina Dahlberg Bild Magnus Bergström Olle Inganäs Energisk och ledande solskensforskare Plastelektronik, effektiv energiomvandling av solenergi, organiska batterier och lysdioder samt självlysande molekyler som kan spåra Alzheimers. Olle Inganäs forskning spänner över många fält. Att efterlikna naturens mönster är den röda tråden han följer. – Jag är lite av en megaloman och ofta ute på områden där jag är okunnig, säger Olle Inganäs, professor i biomolekylär och organisk elektronik, och skrattar. Enligt ordboken betyder megaloman en person som lider av hybris eller storhetsvansinne. De må vara som det vill med den saken, Inganäs är en av Sveriges mest citerade forskare, och när man lyssnar på honom svingas man i hög fart från det ena till det andra området. Det går inte annat än att djupt beundra hans förmåga att tänka fritt och prova om den kunskap han har också gäller samband inom andra områden. – Jag är framför allt intresserad av gränssnittet mellan elektronik och biologiska system. Temat i min forskning är energi. Jag fascineras av den biologiska uppbyggnaden. Men också av hur man kan forma och foga material på olika sätt. Elektroniska polymerer är exempelvis en struktur med biologisk inspiration, förklarar Inganäs. Solceller ett realistiskt alternativ »Jag har aldrig haft så mycket pengar att göra precis vad jag vill med. Nu kan jag göra något som har en hög risk – det kan bli ett misslyckande eller ett stort genombrott.« Elektroniska polymerer är plastmaterial som leder ström. Olle Inganäs har jobbat med dessa under hela sin vetenskapliga karriär och är framförallt intresserad av organiska, nedbrytbara och miljövänliga polymerer. – Jag vill använda den renaste energikällan – solen. Jag avskyr förbränningsmotorn passionerat, säger han med eftertryck. Inganäs mål är att skapa material som kan användas för energiomvandling, som är billiga och går att skala upp. Vita ljusdioder och solceller är två exempel. – Problemet med solceller är i princip löst, inte av oss men andra labb har lyckats utvinna en tiondel av solljusets energi. Det är i och för sig inte imponerande om man jämför med solceller av 69 kisel men det börjar se ekonomiskt realistisk ut att använda organiska solceller. Svårt med finansiering för produktion Även om organiska solceller inte når upp i samma effektivitet som de av kisel har de andra fördelar. – Materialet är så tunt att det kan placeras på alla möjliga ytor och vinklar, vilket man inte kan med kiselcellerna. Det är dessutom billigt. Det tar några år att återvinna den energikostnad som krävs för att sätta upp dagens solceller medan det för de organiska tar en dag. Det är en tidsfråga innan det blir en vanlig lösning i bostäder, menar Inganäs. Olle Inganäs tror att den solcellsfilm som hans labb jobbar med, där polymererna trycks på en tunn platsfilm, snart når upp till 10 procents effektivitet eller mer. – Nu ligger vi på 7 procent. Vi kommer att köpa in en prototypmaskin för att kunna producera solcellsfilm både snabbt och billigt. För Inganäs är den vetenskapliga utmaningen över, han menar att slutskedet kommer att vara beroende av synteskemi och sedan måste någon gå in med kapital för att produktionen ska komma igång. – Jag har jagat finansiering i Sverige i flera år men det är svårt, säger han lite uppgivet samtidigt som han medger att det inte är ett riskfritt projekt. 70 – Det kan visa sig att oorganiska material blir vinnare i slutet men för mig har denna teknologi en potential att försörja jorden med el, som motiverar samma insatser som använts inom Manhattan- och fusionskraftsprojekten. Organiska batterier Parallellt med arbetet med solcellerna har Olle Inganäs, genom att gå tillbaka till sin tidigaste forskning, angripit nästa problem – lagringen av solenergin. – Solen lyser ju inte dygnet runt och alla dagar. Jag hade en idé om att lignin, som finns i träd och växter och är en biologisk polymer, skulle kunna fungera för att skapa ett organiskt batteri. Inspirationen hämtade han från naturen och växternas fotosyntes där elektroner laddade av solenergi transporteras av kinoner, elektrokemiskt aktiva molekyler. – Jag kontaktade sedan den enda levande elektrokemisten som studerat lignin, Grzegorz Milczarek, på två månader hade han byggt en prototyp. Tillsammans skapade de en tunn film, ur en blandning av pyrrol och ligninrester från svartlut, som är en restprodukt vid tillverkning av pappersmassa. Filmen används som katod i batteriet. – Jag har svårt att tro att det kan bli lika bra som litiumbatteriet. Men jag tror att det kan bli tekniskt attraktivt och ett bra komplement för lagring. Lysdioder och Alzheimersdiagnostik En annan drivkraft är att ersätta lysrör och glödlampor med energieffektiva vita lysdioder. – Med hjälp av felveckade proteiner kan vi väva in lysande molekyler i grönt, blått och rött, som gör det möjligt att åstadkomma vitt ljus och tryckbara vita ljuskällor. Lite oväntat ledde Inganäs forskning honom också in på diagnostik och läkemedelsutveckling för proteinveckningssjukdomar som Alzheimers. Något som utvecklades till en företagsidé. – För 10 år sedan arbetade vi med vattenlösliga elektroniska polymerer som detektorer för DNA-hybridisering. Det visade sig att de biopolymerer som vi använde också fungerade som detektor för ansamlingar av felveckade proteiner, amyloida plack, som bland annat bildas vid Alzheimers. I dag bygger vi transistorer med felveckade proteintrådar som bärare, och på samma sätt med DNAkedjor dekorerade med elektroniska polymerer. Smått blir det, och många exemplar. Om kunskap går att kröka på det här sättet måste det finns många fler möjligheter … Olle Inganäs Professor i biomolekylär och organisk elektronik Wallenberg Scholar 2010 lärosäte Linköpings universitet forskningsområde Energiomvandling i gränssnittet mellan elektronik och biologiska system. priser i urval Göran Gustafssonpriset 1997 övrigt Ledamot av Kungl. Vetenskapsakademien Grundare av life-science företaget BioChromix AB samt solel-bolaget Soleve AB Text Carina Dahlberg Bild Magnus Bergström Kurt Johansson På jakt efter slumpmässiga mönster I det slumpmässiga, tillsynes oordnade, ser många matematiker mönster och samband som är dolda för oss andra. Naturen är fylld av sådana mönster. Att hitta dessa mönster och förstå varför de dyker upp är en utmaning. Kurt Johanssons intresse för exakt vetenskap som fysik ledde honom till slumpmatris- och sannolikhetsteori. Det kan låta som en motsägelse men egentligen är det olika sidor av samma mynt. – I all naturvetenskap finns matematiska mönster. Vi matematiker är intresserade av mönster, varför vissa mönster uppstår, varför de är naturliga och upprepar sig. Sannolikhetsteorin visar att det finns mönster i slumpen, förklarar han. Slumpmatristeorin visar på nya slumpmönster. Den gäller främst fysikaliska fenomen men har även, framförallt statistiska, tillämpningar i andra vetenskaper. Normalkurvan »Anslaget ger mig mer tid för forskningen och har inneburit att jag har kunnat skapa en forskargrupp. Inom matematik är det inte så vanligt att ha en grupp under en lite längre tid, så för mig är det intressant och givande möjlighet.« Den viktigaste och mest använda sannolikhetsfördelningen är normalfördelningen som går tillbaka till felteorin för mätningar. Fördelningen beskriver den slumpmässiga variationen kring ett medel, ett genomsnittligt värde, till exempel av mätvärden. Den dyker upp i de mest skiftande sammanhang, även biologiska och samhällsvetenskapliga. Många känner till att exempelvis längdfördelningen hos en grupp människor ganska väl beskrivs av normalfördelningen. Matematiker vill förstå varför just denna fördelning dyker upp i så många situationer, det måste finnas ett bakomliggande matematiskt mönster. – För normalfördelningen finns numera en mycket väl utvecklad förståelse. Slumpmatristeori ger upphov till nya sannolikhetsfördelningar och jag fascineras av när och varför dessa dyker upp. Min forskning är inriktad på att förstå den matematiska strukturen bakom dessa nya fördelningar, berättar Kurt Johansson. Auktoritet inom Tracy-Widomfördelningen Kurt Johansson är en världsauktoritet när det gäller TracyWidomfördelningen, en av de nya fördelningarna som kommer från slumpmatriser. 73 – Tracy-Widomfördelningen dyker upp i vissa sammanhang där man kanske skulle vänta sig att se en normalfördelning men där fluktuationerna kring ett medel visar sig ha ett annat mönster. Han illustrerar med ett exempel där 10 000 punkter är slumpmässigt utplacerade i en kvadrat. – Målet är att gå igenom så många punkter som möjligt genom att förflytta sig mellan dessa punkter längs räta linjer i riktningar som ligger mellan nord och öst, med startpunkt i det nedre vänstra hörnet av kvadraten. Det visar sig att man i genomsnitt kan plocka upp cirka 200 punkter, vilket motsvarar 2 gånger kvadratroten av 10 000. Men – variationen kring 200 är inte normalfördelad utan ges istället av Tracy-Widomfördelningen, ett resultat som var helt oväntat. Det som gör det så intressant är att en likadan slumpmässighet dyker upp i så olika sammanhang. – Det betyder att det måste finnas en likartad matematisk struktur bakom. För en matematiker är målet att kunna formulera och bevisa en sats som fångar det mönster man studerar i en matematisk modell, 74 något som ofta visar sig mycket svårt, konstaterar Kurt Johansson. Modellen med de slumpmässigt utplacerade punkterna är nära relaterad till vissa modeller för slumpmässig tillväxt. – Experiment av fysikerna Takeuchi och Sano har nyligen visat att Tracy-Widomfördelningen beskriver oregelbundenheten i tillväxten av gränsskiktet mellan två faser av flytande kristaller, så denna nya fördelning finns inte bara i matematiska modeller utan kan även påvisas experimentellt. Bergsklättring bland lodräta klippor Kurt Johansson Kurt Johansson berättar att många av de problem han jobbar med har sin bakgrund i teoretisk fysik. – Jag vill bevisa satser rörande de återkommande matematiska, slumpmässiga mönstren. Detta faktum, att samma slumpmässiga mönster uppträder i skilda sammanhang, benämns ibland universalitet. Att normalfördelningen dyker upp så ofta är ett bra exempel på universalitet. Utmaningen för en matematiker är att bevisa att det verkligen är så i olika matematiska modeller. Vägen till att finna dessa bevis liknar han vid att hitta den rätta stigen uppför ett högt berg. – Ofta känns det som att jag befinner mig bland lodrätta klippor, jag vet inte om jag kommer att lyckas ta mig upp. Till sin hjälp har han papper, penna, formler och sitt huvud. – Jag jobbar inte så mycket med datorsimuleringar, även om sådana spelat en viktig roll i slumpmatristeorin för att påvisa universalitet. Professor i matematik Wallenberg Scholar 2010 lärosäte KTH forskningsområde Matematisk fysik och sannolikhetsteori priser i urval Göran Gustafssonpriset 2002 Rollo Davidson prize övrigt Ledamot av Kungl. Vetenskapsakademien Kvantkaos Steget från sett simuleringsresultat till ett matematiskt bevis kan dock vara långt. Ett exempel på detta är kvantkaos där det finns välformulerade matematiska modeller, och datorsimuleringar tydligt visar att man kan finna fördelningar som kommer från slumpmatristeorin, men där matematiska bevis saknas. – Jag skulle gärna vilja finna matematiska bevis för dessa observationer men klipporna verkar mycket svårforcerade. Kurt Johansson säger att han inte vet om hans resultat kommer att leda till några direkta, mer nyttoinriktade, tillämpningar. – Min verksamhet är matematisk grundforskning och det är ingen tvekan om att matematik är av stor betydelse och nytta i vårt samhälle och vår kultur. Betänk att sannolikhetsteorin, som i dag är ytterst användbar, har sina rötter i 1600-talets hasardspel, vilket kanske inte uppfattades som så nyttigt då, även om det intresserade spelarna. Text Carina Dahlberg Bild Magnus Bergström Jens Nielsen Livets egen ingenjör gör bränsle av jäst De senaste åren har forskare kartlagt livet ner till molekylnivå. Nu kommer nästa revolutionerande steg. I avancerade datorprogram skapar systembiologer en ny helhetsbild av allt levande. Något som ligger till grund för små, gröna kemifabriker som kan ge oss framtidens biobränslen, mediciner och livsmedel. »Det är ett helt fantastisk anslag med en fantastisk effekt. Pengarna är särskilt värdefulla eftersom de är fria och därmed möjliggör och sätter igång nya initiativ som skulle vara svåra att få medel till på andra sätt. Den status som Wallenberg Scholar har får också betydelse i andra sammanhang, när man söker medel från forskningsråd och internationellt inom EU.« I dag finns väldiga databaser med långa listor över människans 20 000 gener, alla tre miljarder enheter i vårt dna och många av kroppens minsta byggstenar, proteinerna. Motsvarande uppgifter finns även om ett stort antal djur, växter och mikroorganismer. En kartläggning av detaljer, som först nu kan omsättas till meningsfull kunskap om livets grundläggande mysterier. Jens Nielsen är professor i mikrobiell bioteknik och systembiologi vid Chalmers tekniska högskola i Göteborg. Hans forskargrupp använder jäst som modellsystem. Modellen över jästcellens liv är enormt komplex, och man kan använda den för att designa cellfabriker som kan tillverka bland annat biobränslen, parfymer och livsmedel. Modellen är också användbar i medicinskt syfte för att förstå de stora folksjukdomarna. – Datorprogrammen är helt centrala. Där kan vi testa grundläggande frågeställningar och få fram resultat, som i nästa skede testas i verkliga experiment på laboratoriet, säger Jens Nielsen. Jäst ersätter olja Hetast just nu är tillverkningen av biodiesel. Det är nästa generations biobränsle, och redan inom tio år tror Jens Nielsen att han själv kommer att åka i en bil tankad med detta drivmedel. – Vi lär oss om bränsleegenskaper som redan finns i olja och använder detta till att designa nya jästceller med hjälp av jästmodellerna. Nu har vi tagit gener från bakterier som för miljoner år sedan kunde skapa olja i underjorden. Denna skräddarsydda gensekvens sätter vi in i jästen och använder den för att tillverka biodiesel. Än så länge är allt i liten skala, men tanken är att effektivisera tekniken för att nå storskalig produktion. Det blir den tredje 77 generationens biobränsle efter etanol baserat på socker, vete eller majs och träprodukter. – Vi hoppas att vårt koncept ska bli användbart även för flyg och lastbilar, som dagens etanolbaserade bränslen inte klarar av. Det här är högintressant forskning för världens stora energibolag och vi är glada att kunna bidra till ett mer hållbart samhälle, säger Jens Nielsen. Förstå de stora folksjukdomarna Jästcellerna bidrar också till att förstå komplexa folksjukdomar som cancer, diabetes och hjärt- och kärlbesvär. Det är sjukdomar 78 som inte orsakas av enstaka »felande« gener, utan snarare beror på en obalans mellan ett stort antal gener och olika miljöfaktorer. Med jästen som modellsystem kan man börja kartlägga sjukdomsmekanismer som i dag är fördolda. – Visionen är att finna effektivare medicinska behandlingar, men också att nå fram till alltmer förebyggande hälsovård. Det finns även en viktig ekonomisk aspekt, eftersom samhällskostnaderna för vård och hälsa redan i dag är enorma och väntas öka, säger Jens Nielsen. Kartlägger fetma Bland annat pågår ett samarbete med fetmaforskaren Lena Carlsson på Sahlgrenska universitetssjukhuset. I projektet analyseras hur fettvävnad ser ut hos överviktiga jämfört med normalviktiga personer. Precis som i fallet med biodiesel går det även här att använda jästen som modell för att studera lipidmetabolismen, fettcellernas ämnesomsättning. Det handlar om att förstå hur förändringar i metabolismen påverkar vävnaderna, hur sjukdomar utvecklas i vävnaderna och hur olika livsmedel påverkar människans metabolism. I förlängningen blir det kanske möjligt att förutsäga vilka människor som riskerar att bli allvarligt sjuka av sin fetma. Men fettceller är bara början. Jens Nielsen vill systematiskt gå igenom människokroppens viktigaste vävnader, och utarbeta modeller för till exempel lever, muskler, hjärnceller och vår tarmflora. Det är något som ger hopp om skräddarsydda behandlingar och möjligheten att kunna förutsäga sjukdomar i framtiden. Det bästa av två världar Jens Nielsen började sin karriär som ingenjör och forskare på Danmarks Tekniske Universitet, men hade egentligen inte tänkt bli akademisk forskare. För några år sedan värvades han som professor till Chalmers och nu anser han sig ha det bästa av två världar. – Det är fantastiskt att kunna bidra med ingenjörsmässiga infallsvinklar på till exempel medicinska problem. Dessutom befinner vi oss i en spännande skärningspunkt mellan grundforskning och kommersiella möjligheter. Men jag brukar säga till mina doktorander att nya patent är en biprodukt. Vi ska vara öppna för att låta laboratorieresultaten bli användbara i verkligheten, men det måste vara vetenskap och samhällsutveckling som driver forskningen. Jens Nielsen Professor i mikrobiell bioteknik och systembiologi Wallenberg Scholar 2010 lärosäte Chalmers tekniska högskola forskningsområde Systembiologi och bioteknik. Studerar bland annat regleringsvägar hos eukaryoter för att utveckla effektiva cellfabriker för en hållbar produktion av biobränslen och kemikalier. priser i urval Charles D. Scott Award 2012 övrigt Ledamot av Kongelige Danske Videnskabernes Selskab Ledamot av Kungl. Ingenjörsvetenskapsakademien Ledamot av National Academy of Engineering (USA) Ledamot av Kungl. Vetenskapsoch Vitterhets-Samhället i Göteborg Text Nils Johan Tjärnlund Bild Magnus Bergström David Wardle Förändringar i fjäll- och skogliga ekosystem Klimatförändringar, skogsbränder, nytillkomna samt försvinnande arter påverkar viktiga funktioner i ekosystem både ovan och under jord. David Wardle har ägnat en stor del av sin forskarbana till att kartlägga samband och förstå betydelsen av dessa förändringar. – Det finns mycket forskning om nya arters betydelse och även en hel del om artförlust men få har studerat nettoeffekten av båda dessa processer. Det är viktigt att göra om man vill förstå hur mänskliga aktiviteter påverkar artsammansättningen i ett ekosystem och hur detta i sin tur påverkar systemets produktivitet, näringscykel och förmåga att lagra kol, konstaterar David Wardle professor i mark- och växtekologi vid Sveriges lantbruksuniversitet, SLU, i Umeå. En fråga som är under diskussion är om de nya arterna som tillkommer i ett ekosystem tar över samma roll som de arter som samtidigt försvinner har haft. – Det är fortfarande en öppen fråga men de nya arterna uppför sig annorlunda. De gamla arterna har under lång tid samspelat och anpassat sig till det lokala ekosystemet medan de nya arterna kommer från andra förhållanden, menar David Wardle. Flitigt citerad »Anslaget ger mig en verklig möjlighet att utforska olika användbara uppslag och vägar vilka jag annars inte kunnat utforska.« David Wardle kommer ursprungligen från Nya Zeeland men fick i mitten av 1990-talet kontakt med forskare vid SLU i Umeå och inledde då ett samarbete som förstärktes allt efterhand. Fältstationen i Abisko och öarna i Hornavan och Uddjaur i Arjeplogs kommun blev på så sätt utgångspunkten för en stor del av hans fältstudier, vilket så småningom också ledde till att han 2007 installerades som professor vid universitetet. Nu är han en av SLU:s mest citerade forskare. – Jag trivs i Sverige och eftersom min fru är svenska så kändes det också ganska naturligt för oss att bosätta oss här. Men helt har han inte släppt forskningen på Nya Zeeland. Varje vinter åker han dit för att framförallt studera hur nya djurarter påverkar ekosystemen i skogarna. 81 – Nya Zeeland är ett av de länder som påverkats mest av djuroch växtarter som introducerats av människor. Därför är det ett väldigt intressant område att studera, konstaterar David Wardle. Studerar temperaturförändringar i Abisko Längs med en av fjällsluttningarna i närheten av Abisko bedriver Wardle och hans forskargrupp bland annat en fältstudie där de försöker förutspå hur temperaturförändringar orsakade av den globala klimatförändringen kan påverka ekosystem. Studien genomförs inom spannet av en temperaturförändring på ungefär tre grader, liknande den temperaturökning man tror att den globala uppvärmningen kommer att orsaka under detta århundrade. Observationerna omfattar både vad som sker ovan och under jord. 82 – Eftersom temperaturen sjunker naturligt med en höjdökning så är höjdgradienter perfekta för att studera hur växter, djur och mark påverkas av en temperaturförändring, förklarar Wardle. Studien visar att temperaturförändringarna i norra Sverige har lett till att delar av näringscykeln påverkas. David Wardle vill nu undersöka om dessa mönster ser likadana ut globalt. – Därför påbörjar vi nu ett projekt längs med höjdgradienter i södra Chile, Europa och Colorado, USA, för att undersöka om de mönster vi sett i Abisko också återfinns på andra platser på jorden. David Wardle Skogen och kolcykeln Professor i mark- och växtekologi Wallenberg Scholar 2010 I ljuset av den globala klimatförändringen kan skogen fylla en viktig funktion genom att binda växthusgasen koldioxid och därigenom lagra kol i levande och döda växtdelar. Wardles forskargrupp har sedan 1996 studerat öar i sjöarna runt Arjeplog, där vissa under de senaste 60 åren utsatts för naturliga skogsbränder medan andra stått orörda i femtusen år. Skogsbränder ökar tillväxten hos både träd och markvegetation. Samtidigt påverkar de mängden kol som upplagras i ekosystemet. Studien visar att när skogar blir äldre lagras mindre mängd kol ovan jord, medan betydligt mer kol lagras i själva marken. – Det beror på att artsammansättningen av växter förändras när skogen åldras. Gamla ostörda skogar kan lagra mycket mer kol än yngre skogar. Utan återkommande skogsbränder kan det markbundna kolet dessutom bevaras i marken i tusentals år. Likande forskning pågår nu i skogliga ekosystem på Nya Zeeland och i Australien för att undersöka om samma förändringar sker i andra ekosystem som varit fria från störning i tusentals år. forskningsområde Hur ekosystem både ovan och under jord samspelar och hur detta samspel påverkas av förändringar i miljön. lärosäte Sveriges lantbruksuniversitet priser i urval NZ Ecological Society Research Award 2001 NZ Association of Scientists Research Medal 1999 övrigt Fellow of the Royal Society of New Zealand Naturliga laboratorier En stor del av arbetet sker ute i fält men Wardle och hans kollegor tar också med sig mängder av prover på jord, mossa och annan vegetation som de undersöker i labbet i Umeå. – De markområden vi studerar fungerar som modellsystem för att testa ekologiska frågeställningar. De blir »naturliga laboratorier«. Sedan har våra laboratorier på SLU en uppsättning av utrustning och metoder för att analysera växt- och markmaterial som på så vis förstärker våra fältstudier, förklarar David Wardle. David Wardle och hans forskargrupps roll är att identifiera förändringar i ekosystemen och söka sambanden som orsakar dem. – Våra resultat kan sedan fungera som underlag för de som fattar beslut inom området. Text Carina Dahlberg Bild Magnus Bergström Pernilla Wittung-Stafshede Proteinforskning som kan förändra synen på sjukdomsutveckling Sjukdomar som Alzheimer och Parkinsons men även vissa cancerformer uppstår för att proteiner i cellerna börjar vecka sig på ett felaktigt sätt eller för att de binder till andra proteinkedjor eller metalljoner. Proteinernas beteende och betydelse står i centrum för Pernilla Wittung-Stafshedes forskning. »Jag har i princip fått råd att göra alla de experiment jag vill göra. Det är bara fantasin som är begränsningen just nu - och det faktum att jag inte kan ha hur stor grupp som helst. Det är suveränt att ha möjligheten att prova olika nya saker eftersom det ofta är slumpen som avgör om man upptäcker något stort.« Pernilla Wittung-Stafshede pratar med inlevelse och stor intensitet när hon berättar om sin forskning och passion för livets grundläggande mekanismer, proteinerna. Det är många gånger svårt för en som inte är naturvetare att hänga med i svängarna, inte för att hon är dålig på att förklara, tvärt om, hon har en proteinkedja i plast i händerna som hon illustrativt vecklar ihop och ut, men det går i en rasande takt, något som också hennes forskningskarriär har gjort. – Det är väldigt fascinerade att försöka förstå vad som styr hur proteiner når sina aktiva former och vad som kan gå fel, samtidigt som det är fruktansvärt svårt, konstaterar hon. Proteiner är långa kedjor av aminosyror som kopplas ihop i en viss ordning utifrån vår genetiska kod. För att aktiveras måste varje kedja veckas ihop till en specifik struktur i cellerna. – Frågan är hur kedjorna veckar ihop sig. Naturen vet hur man gör, proteiner veckas hela tiden i levande organismer. Skulle kedjorna slumpmässigt testa olika former skulle det ta oändlig tid, istället måste det finnas något som styr dem åt rätt håll, konstaterar Pernilla. Kopparjoner kan orsaka neurologiska sjukdomar Pernilla som är professor i biologisk kemi vid Umeå universitet, har gjort många grundläggande upptäckter om hur proteiner som binder metaller, metallproteiner, eller proteiner som binder till andra proteinkedjor, oligomerer, kopplar ihop veckning och bindning. Många av de viktigaste proteinerna i cellen behöver binda metaller eller andra proteinkedjor för att utföra sitt arbete. 85 Fria metaller är farliga och felaktiga proteinbindningar kan leda till sjukdomar. Kopparjoner kan spela en stor roll i utvecklingen av ALS, Alzheimer och Parkinson. Koppar har även funnits i mängder vid cancertumörer. – Det finns ingen fri koppar i cellerna utan istället finns utvalda proteiner som transporterar metallen till behövande proteiner. Ingen vet ännu hur detta går till på mekanistisk nivå, vad som är drivkraften och hur protein-koppar komplex ser ut. Ökade kunskaper om metallproteiner kan bland annat förbättra läkemedel. – Det vanligaste läkemedlet mot allvarlig cancer, Cisplatin, har många bieffekter som orsakas av att det binder till andra proteiner, bland annat kopparproteiner. Läkemedlet måste in i cellkärnan men om kopparproteiner får tag i det så kan det inte nå målet. Om vi förstår hur koppar transporteras i cellen kan vi kanske komma på sätt att förhindra utvecklandet av sjukdomar som påverkas av koppar, säger Pernilla Wittung-Stafshede. Proteinernas utrymme i cellen har betydelse Sedan några år tillbaka studerar hon också hur stor betydelse cellmiljön har för proteiners egenskaper som veckning, form och funktion. – Proteinveckning har oftast studerats i vattenlösning, en miljö där det finns mycket större utrymme jämfört med i en cell. Cellerna är fyllda med andra proteiner, DNA, ribosomer och annat; upp till 40 procent av cellvolymen kan vara upptagen av andra molekyler. Mindre plats för proteinerna borde stabilisera dem men kan även leda till oönskade interaktioner med andra proteiner i närheten. Det är först under de senaste åren som forskare börjat göra biofysikaliska experiment i miljöer som efterliknar cellens inre. När Pernilla och hennes studenter började studera effekten av cell-liknande miljö gjorde de en oväntad upptäckt. – Det visade sig att det hopveckade proteinet blev mer stabilt samtidigt som det veckade sig snabbare. Detta stämmer överens med vad vi, och andra, förutspått. I ett trängre utrymme favoriseras det som är mindre – det veckade proteinet. De såg också något som ingen kunnat gissa, att proteinets veckade form också kunde ändras i cell-liknande miljö. – Vi experimenterade med ett protein från Borreliabakterien. I den vanliga hopveckade formen av proteinet, som har en avlång form, som en amerikansk fotboll, så syns inte en viktig antigen, 86 men när proteinet placerades i cell-liknande miljö ändrades formen till en boll, en sfär, och då poppade antigenen ut och blev synlig på proteinets yta. Om proteinet antar bollformen då den finns i infekterade organismer kan detta kan förklara varför det bildas antikroppar till just denna antigen vid infektion, en fråga som tidigare varit oklar, förklarar Pernilla. Slutsatsen av studierna i cell-liknande miljö är att forskarna inte riktigt vet hur de aktiva formerna av proteinerna ser ut. – Det är lite läskigt. Proteiner kan se annorlunda ut inne i celler jämfört med vad vi tror från våra vatten-baserade experiment. Kanske är trängseln som påverkar formen naturens sätt att styra proteinaktivitet? Pernilla WittungStafshede Professor i biologisk kemi Wallenberg Scholar 2010 Möjligt att stoppa Parkinson? lärosäte För att nå större förståelse samarbetar Pernilla med forskare som har kompletterande kompetenser – till exempel de som jobbar med teoretiska modeller och simuleringar, och experter inom NMRmetoder. – Det jag kan och tycker är roligt är de molekylära detaljerna och biofysiken man kan studera hos proteiner i provrör, konstaterar hon. Hon samarbetar också med en professor inom organisk kemi för att se om man kan lära sig styra proteinfelveckning och aggregering med hjälp av små syntetiska molekyler. När vissa proteiner felveckas börjar de dra sig till varandra och bilda klumpar, stora oligomerer eller aggregat, som sen i sin tur klumpar ihop sig till långa fibrer, amyloida fibrer. Det är en generell process, samma typ av fibrer bildas i sjukdomar som Parkinson, ALS, Alzheimer och typ 2-diabetes, men det är olika proteiner som ingår i processerna. – När vi sätter till en viss molekyl till det protein som är inblandat i Parkinsonproteinet går felveckningsprocessen mycket snabbare och vi får mycket fibrer. Det är en paradox eftersom samma molekyl kan stoppa fiberbildning hos ett bakteriellt protein. Detta betyder att även om fibrerna är ungefär likadana, finns det detaljer i proteinerna och mekanismerna som styr vad som händer. Vi hoppas kunna ta fram olika små molekyler som vi kan använda för att styra proteinansamling, proteinaggregering, precis som vi vill och använda dem som redskap för att studera olika felveckningssjukdomar på en molekylär nivå, berättar Pernilla Wittung-Stafshede. Umeå universitet forskningsområde Proteinveckningsmekanismer i cell-liknande miljö priser i urval Nordeas vetenskapliga pris 2010 Göran Gustafssonpriset 2009 Wallmarkska priset 2009 Text Carina Dahlberg Bild Magnus Bergström Wallenberg Scholars 2011 Siv Andersson Bakterier kan bli kroppens egna vaccinfabriker Kartläggningen av bakteriers arvsmassa går in i ett nytt skede. Målet är att göra det möjligt att designa bakterier för nya uppgifter, exempelvis så att de kan fungera som kroppens egna vaccinfabriker. Lyckas forskarna så innebär det en helt ny möjlighet att skapa skydd mot smittsamma sjukdomar som till exempel malaria. »Det är ett fantastiskt anslag. Det är inte ofta som medlen är fria, och det innebär en unik chans att kunna göra precis vad jag vill. Har man inte långsiktiga anslag måste man satsa på säkra kort. Detta ger möjlighet att starta högriskprojekt som kan få stor betydelse i det långa loppet.« Siv Andersson är en av pionjärerna i Sverige inom kartläggningen av det genetiska materialet. Hon har studerat bakteriernas arvsmassor i mer än 15 år. Det har lett fram till en grundläggande förståelse för hur naturen bygger upp samarbeten mellan bakterier och högre organismer som insekter, djur och människor. Forskningen har även bidragit med nya rön för en rad välkända sjukdomar, bland annat tyfus, och en ökad förståelse för hur en sjukdomsalstrande bakterie kan uppstå ur ett samarbete som spårat ur. Ett begrepp som bakterier ger oftast obehagliga associationer. Många tänker på magsjukan vid utlandssemestern eller den ökande mängden resistenta bakterier inom sjukvården. Men det finns även en stor mängd bakterier som är harmlösa. Vissa har till och med utvecklat symbiotiska förhållanden med människor och djur, och är nyttiga. I vår egen tarmflora lever omkring två kilo bakterier, som står bakom kroppens ekobalans. – Bakterier kan ha väldigt många goda egenskaper. De kan producera aminosyror och vitaminer och är i många fall helt livsavgörande för sina värdar, säger Siv Andersson. Hos exempelvis bladlöss finns fabriker med bakterier som tillverkar nödvändiga aminosyror, som saknas i bladens växtsaft. Bakterierna gör det möjligt för bladlössen att kolonisera nya växter och sprida sig ännu mer. Bakterier kan också producera gifter som skyddar insekter mot angrepp från andra djur, och i extrema fall kan de till och med ändra kön på insekter från hane till hona, så att den genetiske hannen kan börja producera ägg. Naturen förebild för ny design Efter gensekvenseringarna så väntar nu nästa steg. Tekniken har tagit sådana språng att det blivit möjligt att börja designa nya 91 biologiska system med inspiration från naturen. I skyltfönstret för denna forskning finns Craig Venter, som på konstgjord väg har återskapat en arvsmassa för en redan existerande bakterie. – Utvecklingen kommer att gå snabbt framåt under de närmaste fem-tio åren, förutspår Siv Andersson. Det blir möjligt att relativt lätt konstruera nytt genetiskt material, och därför gäller det att ligga i startgroparna och veta hur man vill utnyttja tekniken. Ett pilotprojekt rör den vanliga bakterien Bartonella, som sprids med fästingar och insekter. Den tar sig in i blodets cirkulation och fastnar i de röda blodkropparna, där den lever utan att göra någon skada i väntan på att bli hämtad av en ny insekt. – Oskadliga bakterier av den typen skulle kunna utnyttjas för att tillverka något värdefullt, resonerar Siv Andersson. Gener för samarbetsförmåga I likhet med bladlusens bakterier skulle bakterierna kunna tillverka aminosyror och vitaminer. De skulle också kunna tillverka antigener och fungera som en sorts levande vaccin från vilket kroppen 92 kan bygga upp ett immunförsvar. En utmaning är att förhindra att själviska celler uppstår som inte bidrar till produktionen av det önskade ämnet, vilket leder till att det designade bakteriesamhället kollapsar. I ett projekt finansierat tack vare medlen från Wallenberg Scholar blir det nu möjligt att studera gener som kodar för samarbetsförmåga hos bakterier, och hur man kan designar levande vitaminer eller vaccin. Första steget är att använda de nya teknikerna för att komplettera arvsmassan med gener för samarbetsförmåga och studera samhällets beteende. – Men den medicinska tillämpningen är mycket avlägsen. Först måste vi lära oss snickra med arvsmassans byggstenar, betonar Siv Andersson. Siv Andersson Professor i molekylär evolution Wallenberg Scholar 2011 lärosäte Konstgjorda arvsmassor Uppsala universitet Från naturen har forskarna lärt sig att ju djupare samarbetet är mellan bakterierna och de högre organismerna, desto mindre blir bakteriernas arvsmassor. Till sist har bakterierna så litet DNA kvar att de inte längre kan föröka sig utan sin värd. I stället används den största andelen av bakteriernas genetiska material till att producera de ämnen som den högre organismen behöver. De har förvandlats till ett slags mini-bakterier som ersatt sina egna gener med gener som är nyttiga för värdorganismen. – Det är den här formen av djupa samarbeten som vi vill efterlikna. Men eftersom mini-bakterierna inte kan odlas utanför sin naturliga miljö är de mycket svåra att studera. Vi vill använda den nya tekniken till att återskapa arvsmassor som är lika små som minibakteriernas och få dem att producera de proteiner vi är intresserade av på labbet. I förlängningen vill vi bygga fabriker med minibakterier som tillverkar vacciner eller andra nyttiga ämnen, precis på samma sätt som naturen har gjort, säger Siv Andersson. forskningsområde Kartläggning av DNA och studier av de mekanismer som styr utvecklingen hos så kallade alfa-proteobakterier. priser i urval Göran Gustafssonpriset 2005 Letterstedtska priset för maktpåliggande undersökningar 2002 övrigt Ledamot av Kungl. Ingenjörsvetenskapsakademien Ledamot av Kungl. Vetenskapsakademien Medlem av European Molecular Biology Organization (EMBO) Mitokondrier med nya funktioner De minsta av alla minibakterier är mitokondrierna. De kommer från en helt vanlig bakterie som har utvecklats till att bli cellernas energikraftverk. Det resterande genetiska materialet är i de flesta fall, som till exempel hos människan, oerhört litet. Trots detta kan skador i mitokondriernas arvsmassa leda till mycket allvarliga sjukdomar. – Drömupptäckten i framtiden vore att identifiera den närmaste släktingen till våra mitokondrier och samtidigt lyckas designa nya sorters mitokondrier för nya funktioner, säger Siv Andersson. Text Nils Johan Tjärnlund Bild Magnus Bergström Peter Andrekson Optikforskning som ger snabbare internet Fiberoptik är ett oslagbart sätt att överföra stora mängder information och har varit avgörande för framväxten av tv, mobiltelefoni och internet. Men kapaciteten riskerar att slå i taket när allt fler surfar på nätet och använder avancerade mobiltelefoner. »Anslag från Wallenbergstiftelserna har alltid hög status och ett så stort och fritt anslag som detta är unikt i ett internationellt perspektiv. Det är också ansvarsfullt, eftersom det under fem års tid ger mig möjlighet att arbeta med saker som jag inte hade vågat annars och som kan leda fram till forskningsgenombrott på längre sikt.« Peter Andrekson och hans medarbetare på Chalmers har gjort en upptäckt som kan öka nätets kapacitet. Som vanlig datoranvändare är man ofta kräsen och vill att allt ska gå snabbare. En sekunds väntan är numera en evighet. Och värre kan det bli om inte prestandan i världens fibernät förbättras. Peter Andrekson, professor i fotonik och Wallenberg Scholar, står bakom rön som kan bli ett viktigt bidrag i den kampen. Forskargruppen har utvecklat en optisk förstärkare med rekordlågt brus. I traditionella erbiumdopade optiska förstärkare ligger brusfaktorn på 3 dB som bäst, men i den nya varianten har brusfaktorn minskat till 1 dB och kan teoretiskt sett bli 0 dB. – De vanliga förstärkarna kan förstärka en svag ljussignal till en hög nivå, men i processen lägger den till en mängd brus. Vår är den enda kända som i teorin kan utföra förstärkningen utan att addera brus överhuvudtaget, förklarar Peter Andrekson. Ljus har olika egenskaper som intensitet, frekvens, polarisation och fas. I det här fallet lyckades forskarna kontrollera fasen hos ljuset. – Det är inget trolleri. Vi lyckas förstärka vissa faslägen, medan andra dämpas. Brusfaktorn blir noll och vi adderar inget brus. Priset man betalar är att i motsatta faslägen får man ingen förstärkning. Genombrottet gör det möjligt att överföra signalen i en optisk fiberlänk fyra gånger så långt, till exempel från 500 kilometer till 2000 kilometer. Nyheten publicerades i den vetenskapliga tidskriften Nature Photonics hösten 2011. Krävs nya genombrott Många som uppdaterar sin Facebookstatus eller ringer på sin smartphone tänker kanske inte på den omfattande teknik som finns 95 bakom kulisserna. I världshaven ligger långa kablar av glasfiber utlagda, och i dem skickas med hjälp av laserljuspulser enorma mängder data i höga hastigheter. Fiberoptikens styrka är dess förmåga att kunna hålla samman ljusvågen samt en helt oslagbar transparens. – Tekniken har nu funnits i omkring 40 år, men det var uppenbart väldigt tidigt att den utgör ett fantastiskt medel för kommunikation. Men vi får allt större utmaningar när det gäller att försöka öka kapaciteten. Hittills har vi lyckats möta behoven, men nu ser vi en tendens att det krävs nya stora genombrott för att kunna förbättra prestandan, säger Peter Andrekson. I den transatlantiska kabeln sitter förstärkare var hundrade kilometer, annars skulle ljussignalerna dö ut i brus. Och även om man 96 skulle använda all tänkbar tillgänglig teknik för att optimera fibern så når man ändå högst omkring 400 kilometer innan det krävs en förstärkning. Med de nya optiska förstärkarna kan man skicka signalerna mycket längre och genombrottet kan visa sig värdefullt på medellånga sträckor, eftersom den brusfria förstärkaren också kan bli användbar i en mottagare. – Tittar man på en karta över jorden finns det många tillämpningar där det skulle vara intressant att öka fiberlänkarnas kapacitet till bara 600 eller 700 kilometer. Vi kan göra det billigare och enklare att förbinda städer, länder och kontinenter. Peter Andrekson Blev forskare i Nobelprismiljö Professor i fotonik Wallenberg Scholar 2011 Peter Andrekson började sin karriär som doktorand på Chalmers, men de viktigaste lärdomarna gjorde han på legendariska Bell Labs i New Jersey, dit han kom 1989. Det var en innovationsrik och tävlingsinriktad miljö. – Jag fick vara med under de gyllene dagarna med forskning till hundra procent och då det aldrig saknades pengar eller kompetens. Många Nobelpris kommer därifrån och jag minns när jag gick förbi ett oansenligt rum med en liten plakett utanför: »Här uppfanns transistorn«. Åren i USA resulterade i att Peter Andrekson kunde utveckla världens snabbaste oscilloskop, som också lade grunden till ett företag hemma i Göteborg. Firman är nu uppköpt av ett större kanadensiskt bolag, men han fortsätter som vd för det svenska dotterbolaget vid sidan av sitt arbete som forskare. – Att lämna USA 2004 var ett svårt beslut, även om jag trivs mycket bra i Göteborg. Jag känner mig som en världsmedborgare, vilket nog också har mycket med mitt estniska ursprung att göra. lärosäte Chalmers tekniska högskola forskningsområde Ett mål är att förstå begränsningar, fysiska och andra, hos optiska kommunikationssystem ett annat är att utveckla nya metoder för att förbättra systemens prestanda. priser i urval Telenor Nordic Research Award 2000 övrigt Användbart inom många områden Ledamot av Kungl. Ingenjörsvetenskapsakademien Fellow of the Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) Fellow of the Optical Society of America (OSA) Utnämningen till Wallenberg Scholar gör det nu möjligt att bland annat fortsätta studierna av de optiska förstärkarna. Det finns fler tänkbara tillämpningar än inom telekommunikationer, som kanske till och med visar sig bli ännu viktigare. – Konceptet är skalbart till andra våglängder som synligt eller infrarött ljus, vilket gör det intressant inom områden som mätteknik och spektroskopi, laserradarteknik och alla applikationer som går ut på att upptäcka mycket svaga nivåer av ljus, till exempel inom rymdkommunikation. Vi har många lösa idéer som vi gärna vill utveckla och se vad de kan leda till framöver, säger Peter Andrekson. Text Nils Johan Tjärnlund Bild Magnus Bergström Daniel Conley Spår på havsbotten belyser klimatförändringar Forskare vid Lunds universitet kartlägger tiotals miljoner år gamla spår i sediment på havsbotten. Den urgamla geologin kan kopplas till koldioxidhalten i atmosfären. Något som kan bidra med helt ny kunskap om jordens klimatförändringar. »Jag blev mycket upprymd när jag fick höra om anslaget. Nu får jag fem års frihet att utveckla idéer som jag har burit omkring i bakfickan under flera år. Det är en fantastisk möjlighet och en stor ära.« Många forskare världen över är intresserade av att förstå hur jordens klimat har förändrats genom historien. Och här kan analyser av geologiska processer under årmiljonerna spela en viktig roll. Det menar Daniel Conley, professor i biogeokemi vid Lunds universitet. – I dag har vi endast en begränsad kunskap om hur koldioxidhalten i atmosfären har varierat över långa tidsskalor, och det vore av stor betydelse att kunna få en detaljerad bild av hela förloppet. Genom anslaget Wallenberg Scholar har Daniel Conley fått möjligheten att inleda ett nytt forskningsprojekt. Tanken är att kartlägga geologiska processer upp till 542 miljoner år tillbaka i tiden. Det finns nämligen starka kopplingar mellan geologin och halten av koldioxid i atmosfären. När koldioxid överförs från atmosfären till jorden startar en kemisk process. Koldioxiden påverkar kiselrika bergarter som börjar vittra sönder och bryts ner till mindre partiklar som sand och grus. Hur snabbt bergarter kan brytas ner är därför en indikation på hur denna koldioxidcykel fungerar. Oranismer som lackmuspapper Men detta är inte de enda kunskaper som geologin kan bidra med. Under evolutionen har det utvecklats organismer som lever på kiseldioxid. De flesta arterna finns på havsbotten och är specialiserade på att fånga upp kiselpartiklar som passerar genom kanaler i deras inre. – Det handlar bland annat om svampdjur, så kallade spongier, och diatoméer, kiselalger, berättar Daniel Conley. De tar upp enorma mängder kiseldioxid och förändrar därmed kiselkoncentrationen i haven. Finns det mycket kiseldioxid i omgivningen så tar de upp mycket, och tvärtom. Därför kan man använda dem 99 som ett lackmuspapper för att avgöra hur kiselkoncentrationen har sett ut. Resultaten skvallrar därmed indirekt även om koldioxidhaltens förändring, eftersom kopplingen mellan kol och kisel är så stark. Analyserar fossil på havsbotten För att få fram trovärdiga siffror använder sig forskarna av olika angreppssätt. En metod är att undersöka spår som ligger begravda i fossil, på havsbotten och i klippor. Daniel Conley plockar fram några bilder, som visar 45 miljoner år gamla fossil. – De här kommer från borrningar i havssediment. Vi tar något som ser ut som smuts, renar det och så får vi fram olika organismer. De har olika enzymsystem, som ger skilda förutsättningar för att ta upp kiseloxid. Diatoméer är mycket effektiva, medan de äldre svampdjuren är mycket ineffektiva. Det är ingen som har undersökt svampdjur tidigare, och där tror vi att nyckeln finns till att återskapa hela förloppet. Ett annat tillvägagångssätt är att analysera isotoper av kisel i olika material. Forskarna skapar dessutom modeller baserade på insamlade data, som kan visa hur de geokemiska processerna har utvecklats genom historien. Anslaget från Stiftelsen gör det även möjligt att genomföra egna fältstudier. – Vi besöker bland annat Okavango-deltat i Botswana. Det är en biologisk hotspot, en helt fantastisk miljö. 100 Det som i första hand intresserar Conley är gräsområden och ekosystemet. Gräs tar upp stora mängder kiseldioxid och i projektet studeras därför hur utvecklingen av gräsmark har påverkat omsättningen av kiseldioxid över tid. – Bambu, som faktiskt också är gräs, består till en femtedel av kiseldioxid. Det är orsaken till att bambu är ett så hållfast byggnadsmaterial. Började som oceanograf Som ung trodde inte Daniel Conley att han skulle syssla med geologi. Han började med oceanografi, och studerade kustnära ekosystem, framför allt i Chesapeake Bay på den amerikanska östkusten. År 1990 kom han till Skandinavien första gången. Fyra år senare blev han rekryterad till Danmark och arbetade länge med miljöskyddsfrågor, innan han 2007 kom som professor till Lunds universitet och geologiska institutionen. – Det har förändrat min tidsuppfattning på ett enastående sätt. Tidigare var det äldsta material jag kom i kontakt med cirka 10 000 år gammalt, och nu studerar jag tidsskalor som går tillbaka en halv miljard år. Östersjöns döda bottnar Daniel Conley ägnar också mycket tid åt Östersjöforskning, och har bidragit med ny kunskap om den allvarliga situationen med döda bottnar. År 2011 publicerades en studie som visar att utbredningen av syrefria områden är större än någonsin tidigare i historien, även nära kusterna. – Det viktigaste är att vi nu vet mycket mer om hur de döda bottnarna har varierat i det förflutna och vad som är de bakomliggande faktorerna. Det finns ingen quick fix-lösning. Främst gäller det att reducera näringstillförseln, som kommer via avlopp, reningsverk och jordbruk, till Östersjön. Senare års forskning har visat att redan under medeltidens värmeperiod orsakade uppodlingen av mark problem med döda bottnar. I ett nytt projekt hoppas Daniel Conley kunna kartlägga även denna utveckling mer i detalj, bland annat i samarbete med jordbrukshistoriker. – Vetenskap är så kul! Det är egentligen det som driver mig och att upptäcka saker innan någon annan har gjort det, »breaking the news«, säger han. Om jag genom Wallenberganslaget kan rekonstruera de senaste 100 miljoner årens sammansättning av koldioxidhalten så blir det ett stort steg framåt för forskningen. Daniel Conley Professor i biogeokemi Wallenberg Scholar 2011 lärosäte Lunds universitet forskningsområde Koldioxidhaltens variationer i atmosfären under årmiljonerna, för att få en bättre förståelse av klimatförändringar och växthuseffekten. Även Östersjöforskning med inriktning på döda havsbottnar. utmärkelser Ledamot av Kungl. Ingenjörsvetenskapsakademien Pew Marine Conservation Fellow, Pew Charitable Trust 2010 Text Nils Johan Tjärnlund Bild Magnus Bergström Johan Ericson Stamcellsforskning mot Parkinsons sjukdom och depression Johan Ericsons mål är att bidra med så mycket kunskap som möjligt om hjärnans utveckling i embryot. Förståelsen för hur nervceller och omogna stamceller formar hjärnan kan förbättra behandlingen och ge effektivare läkemedel mot sjukdomar som exempelvis Parkinson och depression. »Att hitta gener som styr cellulära processer är oerhört dyrt. Anslaget innebär att vi kan öka takten och att vi inte behöver tänka så mycket på pengar, istället kan vi koncentrera oss på forskningen.« I slutet av 1900-talet utmålades stamcellsforskningen som botemedlet för en mängd sjukdomar. Med hjälp av stamceller skulle människokroppen kunna reparera sig själv. Men i takt med att resultaten uteblev tappade allt fler hoppet. Men stamcellsforskarna har oförtrutet arbetat vidare och de senaste åren har också genombrotten börjat komma. Det finns olika typer av stamceller. Pluripotenta stamceller kan bilda alla celler som finns i vår kropp. Genom att utveckla metoder så att man kan styra stamcellerna att bilda de specialiserade celltyper man vill ha, skulle man kunna behandla vissa sjukdomar genom att ersätta döda, eller defekta celler, med nya celler producerade från stamceller. – Det har dock visat sig vara lättare sagt än gjort, konstaterar Johan Ericson professor i utvecklingsbiologi vid Karolinska Institutet och Wallenberg Scholar 2011. Tillverkning av dopaminceller I hjärnan finns uppskattningsvis 1000 olika typer av nervceller, nästan alla bildas i ett relativt tidigt stadium av fosterutvecklingen. Nervceller med speciella funktioner bildas på olika platser i hjärnan och under specifika tidsperioder under embryoutvecklingen. Johan Ericson är intresserad av att förstå de mekanismer som styr nervcellsutveckling i tid och rum. – Tanken är att om vi kan identifiera de gener som styr uppkomsten av en specifik cell under embryoutvecklingen, borde vi också kunna utnyttja dessa gener som redskap för att massproducera viktiga specialiserade celltyper från stamceller. 103 Parkinsons sjukdom beror till exempel på att dopaminproducerande celler i mitthjärnan degenererar och dör vilket leder till svåra motoriska problem. Nu finns förhoppningar att man ska kunna behandla sjukdomen genom transplantation av nyproducerade dopaminceller. Genom att studera hur dopaminceller normalt utvecklas kunde Johan Ericson, tillsammans med några kollegor, identifiera de gener som styr uppkomsten av dopamincellerna och sedan använda generna för att utveckla en mycket effektiv metod för att producera dopaminproducerande celler från pluripotenta stamceller. Samma forskare har nu skapat liknande metoder för en effektiv framställning av celltyper som har betydelse för andra neurodegenerativa sjukdomar, som ALS och MS samt depression. – Vi stoppade in olika gener i stamcellerna för att styra cellerna att välja specifika utvecklingsprogram. Det fungerar mycket effektivt i labbmiljö. Men eftersom cellerna är genmodifierade är det är tveksamt om metoden kan överföras till humana celler avsedda för transplantation, förklarar Ericson. Snart försök på Parkinsonsjuka Ett problem med pluripotenta stamceller har varit att få stora cellpopulationer att bilda just de celler man vill framställa. Även om man har lyckats producera dopaminceller har de utgjort några få procent av alla celler som utvecklats, majoriteten av cellerna har istället utvecklats till celler som inte är önskvärda och som i värsta fall kan vara skadliga. – Vår metod innebär att både mängden och kvaliteten på dopaminproducerande celler överstiger tidigare resultat, berättar Johan Ericson. Men metoden är inte fulländad. Ett problem kvarstår. – I dag finns det ett flertal olika metoder för att producera dopaminproducerande nervceller av rätt sort, men innan kliniska försök på patienter kan inledas måste man veta att metoderna är helt säkra. Försök med transplantation av pluripotenta stamceller från möss har i djurförsöksmodeller vid Parkinsons sjukdom visat att en tumörlik överväxt av celler kan utvecklas. – Vi försöker därför modifiera vår metod för att bli av med celler som kan orsaka tumöröverväxten. I dag finns det egentligen metoder som skulle kunna gå till klinisk prövning. Även om preliminära data också tyder på att mänskliga stamceller inte har samma benägenhet att växa okontrollerat, måste vi veta säkert att det inte sker innan kliniska försök kan inledas. 104 Johan Ericson är övertyga om att man kommer att lyckas. – Även om jag inte är inblandad i den kliniska delen så tror jag att försök på Parkinsonsjuka kommer att inledas inom en relativt snar framtid. Viktig upptäckt av ny signal Den andra dimensionen i utvecklingen av specialiserade stamceller som Johan intresserar sig för är tiden. – I den utvecklande hjärnan finns tidsmekanismer som gör att neuronala stamceller utvecklas till olika celltyper vid olika tidpunkter, men hur dessa tidsmekanismer regleras på molekylär nivå vet man mycket lite om. Johan och hans forskargrupp har studerat den process som börjar med att motorneuroner, de som styr vår motorik, bildas. En process som plötsligt stoppas till förmån för tillverkning av serotoninproducerande celler och när den produktionen upphör bildas istället oligodendrocyter, celler som isolerar nervbanorna och har betydelse vid utvecklingen av MS. – Hur vet de när de ska börja och avsluta en process? Hur mäter de tid? Det är en väldigt fascinerande, konstaterar Johan och fortsätter att berätta att de hittat en viktig signal. – Sedan tidigare känner man till den signal som sätter igång tillverkningen av motorneuronerna men nu har vi hittat den som avslutar produktionen och startar serotoninfasen. Johan Ericson Professor i utvecklingsbiologi med särskild inriktning mot det centrala nervsystemet Wallenberg Scholar 2011 lärosäte Karolinska Institutet forskningsområde Den embryonala utvecklingen av hjärnan och uppkomsten av cellulär mångfald. priser i urval Anders Jahres pris The Svedbergs pris Eric K. Fernströms pris Göran Gustafssonpriset 2006 Betydelse även för depression och cancer Det är en viktig upptäckt som kan få stor betydelse för behandlingen av depression. Användningen av antidepressiva medel, SSRIpreparat, som stärker serotoninfunktionen i hjärnan, är i dag mycket stor. Genom att identifiera den signalmolekyl som framställer serotoninceller under hjärnans normala utveckling har Ericsons forskargrupp utvecklat en mycket effektiv metod för att producera obegränsat med serotoninceller från pluripotenta stamceller. – På så sätt tar vi fram verktyg, en cellulär plattform, som kan användas för läkemedelsutveckling. Den signal vi hittat gör att man, till skillnad från tidigare, kan starta serotonintillverkningen direkt, utan omvägen via utvecklingen av motorneuronerna, berättar Johan Ericson. Upptäckten kan också komma att bidra till mer kunskap om hjärncancersjukdomar eftersom signalen forskargruppen hittat tidigare har associerats med tumörbildning i andra organ i kroppen. Text Carina Dahlberg Bild Magnus Bergström Text Carina Dahlberg/KAW Bild Magnus Bergström Andrew Ewing Nya filmtekniker ska avslöja hjärnans hemligheter Varje sekund registrerar hjärnan miljardtals nya intryck. Oöverskådliga mängder information transporteras i nervbanorna. Nu utvecklas tekniker för att kunna filma hur nervcellerna i hjärnan kommunicerar och bygger upp nätverk. Målet är att kunna bidra med nya rön om uppkomsten av sjukdomar som Parkinsons och Alzheimers. »Det var ett fantastiskt besked att få. Jag brukar inte hjula i korridoren, men den här gången gjorde jag det. Mig veterligt finns inget liknande forskningsanslag i världen, och det är mycket hedrande och roligt att få ett så fritt anslag från den främsta fristående forskningsfinansiären i Sverige.« Drivande i forskningsfältet är Andrew Ewing, en amerikansk forskare som har korsat Atlanten och blivit professor i analytisk kemi vid Göteborgs universitet och Chalmers tekniska högskola. Nu är han utnämnd till Wallenberg Scholar, det medföljande anslaget gör att han kan vässa forskningen ytterligare. – Vi hoppas på forskningsresultat som kan hjälpa oss att bättre förstå inlärning och minne, men som även kan öka kunskapen om neurodegenerativa sjukdomar som Parkinsons och Alzheimers, säger Andrew Ewing. Forskningen bedrivs vid ett nytt kompetenscentrum för kemisk avbildning, som är ett samarbete mellan Göteborgs universitet och Chalmers. Andrew Ewing visar upp laboratoriet som delvis ståtar med splitterny utrustning. Varje kvadratcentimeter av källarlokalen utnyttjas. Det är tekniktung forskning. Bland annat finns fem masspektrometrar, där man separerar molekyler från varandra och analyserar deras massa och laddning. Man kan studera den molekylära sammansättningen av olika områden av nervceller. Allt arbete sker på mikro- och nanonivå, och man hanterar delar av celler som är cirka hundra gånger mindre än ett hårstrå. Filma enskilda celler Hjärnan hos en vuxen person innehåller drygt 100 miljarder celler. Det kan verka omöjligt att försöka bringa reda i detta virrvarr. För att kunna göra de elektrokemiska analyserna måste forskarna först ta reda på var i hjärnan mätningarna ska utföras. Bananflugor används i många forskningsprojekt som modellsystem. Även i detta fall, där flugorna först läggs på is för att bedövas, innan man för över fluorescerande proteiner till deras hjärna 107 genom att använda en teknik där genen för grönt självlysande protein fästs vid en gen som kodar för ett protein av intresse. I fluorescensmikroskop kan forskarna sedan visualisera hjärnstrukturen och få kunskap om var mätningarna ska göras. En helt ny teknik handlar också om att placera 10 gånger 10 nanometerstora elektroder inom en yta på några mikrometer, för att avbilda den kemiska dynamiken i enstaka celler. Tanken är att successivt öka skalan. – Hittills har vi uppnått 16 elektroder och jobbar nu mot de planerade 100. Drömmen är att i framtiden komma upp i 64 gånger 64 nanometerstora elektroder och därigenom få 4 096 mätpunkter. Då får vi en tillräckligt god upplösning för att med hjälp av teknik, som ofta används i videokameror, avbilda den elektrokemiska processen i enstaka celler och cellulära nätverk, säger Andrew Ewing. När tekniken är mogen kommer den inte bara att kunna användas för grundläggande studier av enstaka celler. Den möjliggör även screeningexperiment för att undersöka sjukdomsmekanismer, neurologiska studier av hur inlärning och minne fungerar och undersökningar av effekterna av nya läkemedel på enstaka celler och i cellulära nätverk. Förstå hjärnans kommunikation Ett särskilt problem, som intresserar Andrew Ewing, är att förstå hur signalsubstanserna frisätts i hjärnan. Signalmolekylerna lagras 108 i synapsen i små vesiklar, som sedan töms ut i synapsen och fastnar på mottagarproteiner på mottagarcellens sida. Vesiklarna kan innehålla flera olika sorters signalmolekyler. – Vi vill spåra vesiklarna och kunna ta bilder av hur de fungerar. Hittills har vi inte kunnat uppnå tillräckligt god upplösning. Bland annat vill vi studera hur membranen fungerar, hur det går till när de släpper ut 30 till 40 procent av sitt innehåll och byter ut vissa lipider och proteiner. Det är ett väldigt energieffektivt och spännande system. Forskarna frågar sig bland annat vad som händer med de lipider som byts ut och om lipiderna har förmågan att påverka vilka signalsubstanser som utväxlas. Kanske kan man till och med bildsätta hur ett korttidsminne förvandlas till ett långtidsminne, och vad som sker i hjärnans kemi när en drog förvandlas till ett beroende. Man undrar också om denna kunskap i sin tur skulle kunna göra det möjligt att kontrollera transporten av signalsubstanser, vilket kan resultera i nya läkemedel och bättre behandlingsmetoder i framtiden. Veterinär var drömyrket Andrew Ewing växte upp i USA och drömde i high school om att bli veterinär. Han jobbade extra på en djurklinik med allt från att städa burar till att assistera vid operationer. Men i college fick han upp ögonen för kemi, som är ett väldigt spännande ämne så fort man har klarat av nybörjarstadiet, inflikar han. Universitetet lockade, där han började doktorera och redan som forskarstudent publicerade han 14 vetenskapliga artiklar. – Då låg fokus på att förstå dopamin, och jag upptäckte en del nya saker, bland annat hur dopamin transporteras till membran i celler. Efter att min lillebror avled i leukemi 1996 övervägde jag att skifta bana och ägna mig åt cancerforskning, men besinnade mig. Jag intalade mig att det är bättre att fortsätta inom ett område som jag verkligen behärskar och brinner för, och det har jag inte ångrat. Att förstå hjärnan har alltid varit en viktig drivkraft. Bredvid dotterns färgglada teckningar ovanför skrivbordet sitter ett anslag med texten »Vad är visionen?«. Det är en uppfordrande fråga, som man aldrig får glömma bort som forskare, menar Andrew Ewing. – Man måste ha djärva mål, och tänka på framtiden. Vad är visionen för min forskning, vad är det viktiga och varför håller jag på med det jag gör – det är frågor som man måste ställa sig med jämna mellanrum. Och även om arbetet i laboratoriet är värdefullt, så måste man också ta sig tid till att bara läsa och ägna sig åt ren tankemöda emellanåt. Det är grunden till framgångsrik forskning. Andrew Ewing Professor i analytisk kemi Wallenberg Scholar 2011 lärosäte Göteborgs universitet och Chalmers tekniska högskola forskningsområde Fokus ligger på att förstå hur signalsubstanser används för att kommunicera på cell- och subcellulär nivå. priser i urval ERC Advanced Grant 2010 American Chemical Society Analytical Award in Chemical Instrumentation Eastern Analytical Sympoisum Award for Outstanding Achievements in the Fields of Analytical Chemistry övrigt Ledamot av American Association for the Advancement of Science Ledamot av Royal Society of Chemistry Ledamot av Kungl. Vetenskapsakademien Text Nils Johan Tjärnlund Bild Magnus Bergström Hans Hertz Röntgenforskning som väcker förhoppningar Hans Hertz står bakom vad som kan visa sig bli det största tekniksprånget inom röntgenrörsområdet sedan 1930. Hans forskargrupp har dessutom utvecklat ett röntgenmikroskop som gör det möjligt att se helt nya detaljer. Tekniken är småskalig vilket gör att den inte kräver en jätteanläggning, utan ryms i ett vanligt labb. Sedan Wilhelm Conrad Röntgens upptäckt, 1895, har röntgenrören som möjliggör röntgenavbildning utvecklats långsamt. Senaste innovationen var på 1930-talet då den roterande anoden utvecklades. Men år 2000 tog forskarna på KTH, patent på sin ljusstarka röntgengenerator som är baserad på en ny teknik som ger skarpare bilder, bättre kontrast och kortare exponeringstider. – Det här ger oss möjlighet att se saker med röntgen som vi inte har kunnat se tidigare. konstaterar Hans Hertz, professor i biomedicinsk fysik vid KTH. Röntgenrör med flytande metall »Jag blev jättesmickrad. Anslaget är ett erkännande. Att få 15 miljoner kronor för att använda som man vill gör att man kan pröva idéer och metoder som är lite osäkra.« Den nya, avancerade röntgenkällan genererar fler fotoner per sekund och yta jämfört med nuvarande röntgenrör. Det ökar ljusstyrkan och öppnar därmed för nya tillämpningar. Hemligheten är ett röntgenrör baserad på »liquid metal jet«-teknik. Forskarna har ersatt den fasta metallanoden med en stråle av flytande metall. – Vi har ökat röntgenrörets ljusstyrka upp mot tio gånger men hoppas att nå upp till mer än hundra gångers ökning. Med det ljusstarkare röret kan vi öka upplösningen i röntgenavbildning eller sänka exponeringstiderna. Röntgenstrålningens kvalitet medger dessutom att så kallad faskontrastavbildning kan utnyttjas, vilket ytterligare förbättrar bildkvaliteten, förklarar Hans Hertz. I en vanlig röntgenbild ger tät vävnad, som ben, en mörk silhuett på bilden, medan tunn vävnad, som muskler, syns ljusare. Strukturerna i mikroskopiskt små objekt absorberar ytterst lite av strålningen, vilket ger bilder med dålig kontrast. Faskontrasten gör att konturerna framträder mycket tydligare. Den är bra när mycket små, biologiska objekt ska röntgas. 111 Röntgenkällan kan än så länge bara användas inom materialforskning, elektronikindustrin och på försöksdjur. Betydelse för cancerforskning – Vi har nyligen avbildat tunna blodkärl i tjock vävnad på smådjur, berättar Hans Hertz. Det är något som kan bli ett viktigt redskap för forskning på nybildning av blodkärl, angiogenes. Nybildning av blodkärl är bland annat en nödvändig process för att en tumör ska kunna växa. – Bilderna kan ge en bättre förståelse för tumörers tillväxtfaktorer men också för studier av tidiga fel i njurutvecklingen. Vi hoppas på sikt kunna observera enstaka celler i försöksdjurs blodkärl, säger Hans. Förhoppningen är att röntgenkällan i framtiden också ska gå att använda på sjukhuspatienter. – Då skulle man kanske kunna fånga upp sjukdomar och starta behandling i ett mycket tidigare stadium, förutspår Hans Hertz. 112 Samtidigt som han är noga med att påpeka att det kommer att ta tid, han gör en jämförelse med elektronmikroskopet som uppfanns på 1930-talet men som kom till allmän användning först på 1980talet. Ser hela celler Röntgenstrålning brukar delas upp i hård och mjuk röntgen beroende på våglängd. Grovt kan man säga att strålning som endast kan breda ut sig i vakuum betecknas som mjuk medan strålning som kan tränga in genom luft benämns som hård, det är hård röntgen som används inom sjukvården och som metallstråle-röntgenkällan genererar. Det röntgenmikroskop som Hans Hertz och hans grupp utvecklar använder sig av mjuk röntgenstrålning istället för vanligt ljus. – Det ger en betydligt högre upplösning så det går att se mycket små strukturer. Till skillnad från elektronmikroskop kan man också titta på tjocka objekt, som hela celler förklarar Hertz. Mjukröntgenmikroskop kräver normalt en intensiv röntgenkälla som man endast kan få tillgång till på några enstaka stora anläggningar, synkrotronljuslaboratorier, som exempelvis MAX-lab i Lund. – Vi har byggt ett kompakt mikroskop som kan stå på ett bord i ett vanligt labb genom att utnyttja en annan ny röntgenkälla, ett laserplasma. Mikroskopet har ännu inte samma exponeringstid som vid en synkronljusanläggning men det närmar sig, menar Hans Hertz. Hans Hertz Professor i biomedicinsk fysik Wallenberg Scholar 2011 lärosäte KTH forskningsområde Röntgenfysik övrigt Ledamot av Kungl. Vetenskapsakademien Ledamot av Kungl. Ingenjörsvetenskapsakademien Delägare och styrelseordförande i företaget Excillum som tillverkar ljusstarka röntgenkällor Tuttifrutti fysik Det första mikroskopet konstruerade KTH-forskarna år 2000 och tio år senare fick de fram den första tredimensionella bilden. Förhoppningen är att mikroskopet ska kunna användas till att, med hög upplösning, titta på till exempel hela celler i sin naturliga omgivning. – Det är väldigt spännande. Vi har nästan fått i ordning laserplasma-källan. Samtidigt håller vi på att gå igenom olika användningsområden för att se om upplösningen och kontrasten är tillräcklig stor för att vara relevant. Forskargruppen, som nu jobbar med att förfina metoderna, består av ett 30-tal forskare men olika kompetenser. – Det är en blandning av cellbiologer, nano- och röntgenforskare. Vi brukar säga att vi håller på med tuttifrutti fysik, säger Hans Hertz med ett skratt. Text Carina Dahlberg Bild Magnus Bergström Lars Hultman Hård, hårdare, hårdast – stark materialforskning Lars Hultmans forskning går ut på att hitta nya blandningar av grundämnen som gör hårda material ännu hårdare och tåligare. Något som efterfrågas av industrin. En modell som han jobbar med är självorganiserande nanostrukturer. Till sin hjälp har han ett kraftfullt elektronmikroskop som fått en egen byggnad. »Som Wallenberg Scholar kan jag göra strategiska rekryteringar som utvecklar vår starka forskningsmiljö och främjar industrisamarbeten, inte minst kring gruppens högupplösande elektronmikroskopi. Här är ambitionen att bidra till en nationell infrastruktur.« I arbetsrummet har Lars Hultman delar av sin mineralsamling som vittnar om hans fascination för material och materialblandningar. Kvarts och kattguld är exempel på naturens eget sätt att blanda material. Men de naturliga materialen är inte alltid tillräckligt starka för att klara dagens krav. – Det finns stora behov av riktigt starka material inom industrin, konstaterar Lars Hultman, professor i tunnfilmsfysik och föreståndare för en excellent forskningsmiljö inom materialvetenskap vid Linköpings universitet. Som exempel nämner han lågfriktionsytor i kullager och slitstarka verktyg som ska kunna skära i härdat stål för att tillverka växellådor. Sedan doktorandtiden har Lars Hultman i huvudsak ägnat sig åt att skapa superhårda material och studera deras mikrostruktur för att förstå hur de är uppbyggda. – Vi har till exempel utvecklat självhärdande ytbeläggningar som blir som hårdast när det är varmt, berättar Hultman. Det handlar om keramiska material som består av minst tre grundämnen. Vid temperaturer över 800° vill legeringen dela upp sig i olika komponenter, fasseparera. Då bildas ett mönster i materialet som kan se ut som ett schackbräde, en bikupa, eller labyrint fast på en nanometerskala. Med den nya inre strukturen uppstår nya egenskaper och ett nytt nanomaterial är skapat. Inga fria nanopartiklar uppstår under processen. Till stor del okänd mark – Det finns många sätt att blanda atomer för att göra funktionella och multifunktionella material. Vi jobbar med 79 grundämnen som i sin tur ger upphov till 3 081 olika parkombinationer. De flesta är outforskade, konstaterar han. 115 Ett exempel på en känd blandning som ger en hård ytbeläggning är titannitrid som är en kombination av titan och kväve. – Vi letar efter ämnen som vill byta tillstånd, faser. Olika blandningar passar olika verktyg eller andra tänkta tillämpningar, förklarar Hultman. Men det är lättare sagt än gjort. Forskarna i Linköping hittar ett par nya fasta föreningar per år vilket kan jämföras med att det bara finns några tusentals mineraler på jorden. Samtidigt räknas antalet nya växt-, djur- och insektsarter i tusentals varje år. I sitt sökande använder materialforskarna kraftfulla datorer och beräkningsprogram. – Vi försöker förena grundämnen från vardera sidan av det periodiska systemet för att få funktionella material, där vi också kan styra den inre strukturen. Vi skapar också nya kompositmaterial och lagrade skikt som efterliknar de i musselskal. Naturens lego Genom kombinationer av olika grundämnen, som vill eller inte vill, blanda sig väver forskarna nya mönster. Mönster som är avgörande för materialets egenskaper. 116 – Vår idé är att få strukturerna att vecka sig, forma sig själva, genom självorganiserande nanostrukturer. Det kan även liknas vid ett slags lego som bygger sig själv. Självorganiserade nanostrukturer finns i naturen. Fåglarnas magnetiska navigationssystem och lotusblommans förmåga att rena sig själv är två exempel. Svårigheten är att räkna ut hur ämnen ska blanda sig för att uppnå det mönster som ger de egenskaper man vill ha. – Det kräver både verklighetsgrund och inbillningsförmåga. Vi har redan hittat flera spännande strukturer och vi har några nya koncept som vi jobbar med, berättar Lars Hultman. Det behövs också ett kraftfullt mikroskop, med hög upplösning, för att forskarna ska kunna se hur atomerna är placerade eller hur de rör sig inom strukturen. Det är en av de mest strategiska faktorerna i materialforskning. – 2009 fick vi ett anslag från Stiftelsen till ett elektronmikroskop. Det var det första i sitt slag i Europa. Vi är väldigt stolta över det eftersom det bara finns fem anläggningar i världen som har en liknade prestanda. Mikroskopet som väger 2,5 ton och är närmare fyra meter högt står i det nya Ångströmshuset som Linköpings universitet låtit bygga på campus. Två nya material på väg Men det är långt ifrån alla blandningar som skapas som testas i elektronmikroskopet. – Vi börjar med att titta på dem i andra mikroskop. De material som vi efter det fortfarande tror har stor potential, tar vi vidare till elektronmikroskopet. Lars Hultman berättar att han och hans forskargrupp redan har hittat några nya faser i elektronmikroskopet. – Vi har skapat en ny karbid och en ny silicid, en kiselmetallblandning, ett arbete som nu ligger ute för publicering. Lars Hultman hoppas att hans och forskargruppens forskning ska gagna svensk industri och säger att de jobbar med tillämpningsinspirerad grundforskning. – Vi har en nära dialog och ett stort kunskapsutbyte med företag. Tillverkarna har egna kriterier för hur varje produkt ska fungera. Det inspirerar oss, även om vår forskning oftast ligger längre fram i tiden och handlar om material som tillverkarna ännu inte vet att de vill ha. Lars Hultman Professor i tunnfilmsfysik Wallenberg Scholar 2011 lärosäte Linköpings universitet forskningsområde Materialvetenskap och nanoteknologi priser i urval 2010 och 2000 The Jacob Wallenberg Award in Material Science övrigt Ledamot av Kungl. Vetenskapsakademien Ledamot av Kungl. Ingenjörsvetenskapsakademien Styrelsemedlem, Linköpings universitet och MAX-IV Laboratoriet Text Carina Dahlberg Bild Magnus Bergström Svante Janson Slumpgrafsmodeller som kan förutspå smittspridning Svante Janson har vigt sitt liv åt matematiken. Redan som 12-åring fick han dispens för att börja vid universitetet. I dag är han en av världens ledande matematiker. De matematiska modeller han studerar kan bland annat användas för att förutsäga spridningen av smittsamma sjukdomar men det kan också handla om demokrati. »Jag känner mig dubbelt hedrad att bli uppmärksammad på det här viset. Först av universitetet som nominerade mig och sedan att, i den hårda konkurrensen, slutligen bli utvald. Det underlättar enormt med en finansiering av det här slaget. Nu måste jag fundera på hur pengarna ska användas på ett effektivt sätt.« Efter valet 2010 uppmärksammades problem i det proportionella valsystemet, där vissa partier gynnades av att utjämningsmandaten inte räckte till för att full ut spegla väljarnas röster. Svante Janson engagerades i den pågående översynen. – Jag har bland annat träffat Vallagsutredningen för att redovisa matematiska beräkningar. Jag brukar inte ta på mig sådana uppgifter, men det här roar mig. Det är från matematisk synpunkt ett enklare problem, men innebär ändå en viss utmaning, säger Svante Janson. Någon dyrbar utrustning behöver han inte för sin forskning. Tjänsterummet i Ångströmlaboratoriet i Uppsala är fyllt med stora högar med papper och tidskrifter, precis som man väntar sig hos en matematikprofessor. Han har själv skrivit fyra böcker och över 250 vetenskapliga artiklar. – Jag föredrar att jobba med papper framför datorn, konstaterar han med ett leende. Slumpgrafer kastar ljus över epidemier Ett av Svante Jansons centrala forskningsområden är slumpgrafer. Grafer används bland annat för att beskriva nätverk i olika tillämpningar. Ett exempel är internet, antingen som fysiskt nätverk av datorer eller som ett logiskt nätverk av webbsidor och länkar. Men det kan också röra sig om sociala nätverk, näringskedjor eller vägar för smittspridning i en befolkning. En graf består av ett visst antal objekt, som kallas noder, och ett antal förbindelser, som kallas länkar. Varje länk förbinder två noder i grafen. I en slumpgraf konstrueras antingen noderna eller länkarna slumpmässigt. Svante Janson studerar och utvecklar den 119 teoretiska modellen, och sedan kan andra forskare använda modellen med koppling till verkligheten. – Ett aktuellt exempel på en sådan tillämpning är inom epidemiologi, där man tänker sig en graf där noderna är invånarna i exempelvis Sverige, och länkarna representerar alla kontakter mellan två personer där den ena kan smitta den andra med en viss sjukdom, som till exempel influensa, berättar han. Modellen kan inte med exakthet beskriva hela Sveriges befolkning och hur människor har kontakt med varandra. – Men man kan få data om hur förhållandena är i genomsnitt och man kan anta att de är slumpmässiga inom vissa givna ramar. Är modellen bra kan den även säga något om verkligheten. Andra experter kan därför använda olika slumpgrafsmodeller för att försöka förutspå smittspridningens förlopp och effekten av vaccinationer. Sortering av stora mängder data Samma typ av matematiska problem återkommer i andra sammanhang, till exempel i datavetenskapliga tillämpningar. Det kan 120 handla om matematiska metoder för att sortera stora mängder data, tusentals eller miljontals poster, för vidare behandling. Det krävs ett kontinuerligt förfiningsarbete av matematiken, påpekar Svante Janson. – Inom datavetenskapen har man länge använt olika matematiska metoder, men eftersom datorerna är så mycket snabbare i dag så tar man sig an mycket större problem och då krävs även bättre metoder. De gamla metoderna fungerar, men är kanske inte längre de bästa. På det viset uppstår en ständig ström av nya problem, även matematiska problem. Matematikforskare beskrivs ofta som ensamvargar, och mycket av arbetet sker på egen hand. Utnämningen till Wallenberg Scholar innebär utökade möjligheter för att kunna resa och träffa utländska kollegor. – Jag har samarbete med flera forskare i Cambridge i England. Det är generellt det främsta universitetet inom matematikområdet i Europa. Tidigare har jag kunnat stanna där under högst någon månad i taget, men nu hoppas jag kunna göra terminslånga besök. Dessutom får jag råd att organisera konferenser och bjuda forskare hit till Uppsala. Ensamarbetet till trots är de personliga mötena mycket viktiga inom matematikforskningen. – Mycket av detaljarbetet kan man utföra på egen hand, men grundidéerna fungerar bäst att diskutera vid personliga möten. En stor del av min forskning utgörs av små projekt som initieras genom att man träffas på konferenser. Jag brukar säga att det viktigaste är pauserna mellan föredragen, så att man hinner prata med folk. Svante Janson Professor i matematik Wallenberg Scholar 2011 lärosäte Uppsala universitet forskningsområde Matematisk analys, sannolikhetsteori, kombinatorisk sannolikhet och särskilt slumpgrafer, samt analys av algoritmer. priser i urval Eva och Lars Gårdings pris 2009 Göran Gustafssonpriset 1992 övrigt Ledamot av Kungl. Vetenskapsakademien Började universitetet som 12-åring Svante Janson kan beskrivas som något av ett underbarn. Vid nio års ålder tenterade han av studentbetyget i kemi, lämnade småskolan och började gå på lektionerna i läroverket hemma i Borlänge. – Jag blev helt befriad från grundskolan av Skolstyrelsen och när jag var 12 år fick jag dispens att skriva in mig på universitetet. Sedan dess har matematiken stått i främsta rummet. Han tog ut sin fil.kand. redan som 14-åring och har doktorerat i såväl matematik som matematisk statistik. Det är de stora grundläggande frågorna som fascinerar honom. – Jag studerar huvudsakligen slumpmässiga problem utan någon direkt koppling till tillämpningar. Jag studerar problemen för deras egen skull, konstaterar Svante Janson. Text Nils Johan Tjärnlund Bild Magnus Bergström Per Krusell Klimatförändringar påverkar länders ekonomier olika Även om klimatförändringarna har en global effekt påverkas regioner på olika sätt. För en del länder kan förändringarna innebära ett ekonomiskt uppsving medan andra drabbas av mänskliga, naturmässiga och ekonomiska katastrofer. Per Krusell, professor i nationalekonomi vid Institutet för internationell ekonomi, Stockholms universitet, försöker förstå samspelet mellan ekonomi och klimatförändringar. Han håller på att skapa en modell som ska visa hur temperaturförändringar kommer att påverka länders och regioners utveckling. Modellen, som kan liknas vid ett globalt dataspel, ska fungera som ett fundament för att utarbeta förslag på politiska instrument som kan användas för att förhindra negativa klimatförändringar. – Det här är ett område där marknaden inte fungerar. Politiska styrmedel som skatter eller andra politiska beslut är nödvändiga, konstaterar Per Krusell. Konkreta scenarier »Anslaget ger ett viktigt signalvärde, det är ett erkännande. Medlen innebär att jag kan rekrytera internationellt, stärka forskningskompetensen, och få bra personer som jobbar med mig.« Det är i dag allmänt accepterat, både bland allmänhet och bland forskare, att utsläpp av fossila bränslen ökar jordens medeltemperatur och har en klimatförändrande effekt. Men betydligt färre har funderat på hur olika världens länder drabbas, något som också kan ligga till grund för hur angelägen man är om att minska utsläppen. – I vår modell lägger vi in naturvetenskaplig data över hur klimatet påverkas i olika regioner och vilka följder det får tillsammans med ekonomiska data. Sedan kan vi simulera olika händelseförlopp beroende på de politiska beslut som fattas. Exempelvis kan vi se vad som händer om man lägger på skatter, berättar Per Krusell. Förhoppningen är att modellen ska kunna användas för att på ett konkret sätt kommunicera med framför allt beslutsfattare men även allmänhet. – Vi försöker skapa en stabil vetenskaplig grund, det finns så mycket ogrundade spekulationer och påståenden i debatten. Vi vill kunna visa vilka insatser som fungerar och vilka som inte gör det, konstaterar Krusell. 123 USA och Kina klarar sig Modellen bygger på ett slags normativt tillstånd på vad som är bra för en region och sedan analyseras olika negativa effekter ur ett välfärdsperspektiv. För att bygga modellen jobbar Per med forskare från olika vetenskapsområden. 124 – Vi är ett nätverk av allt från datavetare, metrologer, naturvetare och ekonomer med samma mål. Det är ett ovanligt sätt att jobba på för mig som är samhällsvetare. Det jag kan är de ekonomiska samspelen. Jag har också jobbat med liknade modellsimuleringar tidigare. Klimatfrågan började jag titta på först 2006, men inte ur en naturvetenskaplig synvinkel, utan jag försöker beräkna vad de negativa effekterna kostar och vilka ekonomiska följder de får. Beräkningarna kan givetvis aldrig bli exakta och Per ger ett exempel på svårigheten. – Att räkna på något konkret som en översvämning går väl an men hur räknar men ut sådant som exempelvis biodiversitetens betydelse? De studier som finns sedan tidigare visar på att de områden som i dag är kallare påverkas positivt av ett varmare klimat, det blir lättare att odla och områdena blir attraktivare på många andra sätt. Medan det i redan varma områden kan skapa brist på mat och vatten, leda till högre dödlighet och till större utsatthet för naturkatastrofer. Två av världens stormakter, USA och Kina, verkar däremot inte påverkas nämnvärt. – En stor del av forskningen borde riktas in på att mäta skador och hur uppvärmningen påverkar våra liv. Då menar jag också sådana effekter som ökad arbetslöshet. Koldioxidskatter i vissa regioner kan få industrin att flytta till områden utan skatter, menar Krusell. Per Krusell Professor i nationalekonomi Wallenberg Scholar 2011 lärosäte Stockholms universitet forskningsområde Samspelet mellan ekonomi och klimatförändringar. priser i urval ERC Advanced Investigator Grant 2008 Söderbergska priset 2007 övrigt Kunskap måste nå ut Ordförande i priskommittén för Sveriges Riksbanks pris i ekonomisk vetenskap till Alfred Nobels minne. Ledamot av Kungl. Vetenskapsakademien Per som kom hem till Sverige 2008, efter drygt 20 år i USA, är imponerad av svenska myndigheter och politiker. – De är ganska duktiga på att ta till sig ny kunskap. Men det handlar inte bara om politiker och andra beslutsfattares kunskap utan också om vad vanliga människor, väljare och konsumenter, tycker. Per Krusell berättar om ett möte med USA:s energiminister tillika Nobelpristagare i fysik, där Sveriges höga koldioxidskatter diskuterades. – Han menade att USA borde ha likadana skatter men att det var omöjligt att genomföra eftersom folket var emot, berättar Krusell. Enligt Per Krusell kommer kommunikativ kunskap att bli en viktig del i ett snare skede av forskningsprojektet. – Alla har något att tjäna på att den kunskap vi får når ut, menar Per Krusell. Text Carina Dahlberg Bild Magnus Bergström Stefan Thor Flugforskning som kan bromsa utveckling av Alzheimer Man skulle kunna säga att Stefan Thor befinner sig i ett myller av små prickar.Med hjälp av bananflugor studerar han centrala nervsystemet och dess 100 miljarder nervceller. Hans forskning har allt mer koncentrerats på utvecklingen av Alzheimer. Förhoppningen är att kunna bidra med rön som ökar chansen att bromsa sjukdomens utveckling. Stefan Thor är professor i utvecklingsbiologi vid Linköpings universitet. Han studerar huvudsakligen två forskningslinjer i sitt labb, centrala nervsystemets uppbyggnad och dess nedbrytning, degenerering. Till sin hjälp har han förutom sin forskningsgrupp tusentals bananflugor. Runt två tredjedelar av bananflugans gener är likadana som människans. Genom att tillföra eller plocka bort normala eller manipulerade gener i flugan kan man studera geners funktion. Flugorna kan också lätt, snabbt och billigt födas upp i laboratoriet. Bananflugor är därför ett mycket populärt modellsystem för forskare över hela världen. Alzheimerflugor »Pengarna är som manna från himmeln, nu kan jag bygga upp forskning kring kopplingen mellan nervsystemets degenerering och utvecklingen av Alzheimers, trots att min meritportfölj inom just det området ännu inte hunnit bli så stark.« Centrala nervsystemet är uppbyggt av två olika sorter celler, nervceller och gliaceller. Gliacellerna, är mera outforskade och omfattar flera celltyper med olika funktion. Det verkar som gliacellerna inte kan hjälpa till att läka en skada. Det är också orsaken till att flera kända neurologiska sjukdomar som innebär att nervoch gliaceller dör, till exempel Parkinsons- och Alzheimers sjukdom, inte är lätta att bota. I sitt laboratorium skapar därför Stefan Thor flugor med Alzheimerliknade tillstånd för att tillsammans med Per Hammarström och andra Linköpingsforskare försöka förstå sjukdomsprocessen. – Vi kan introducera och aktivera mänskliga Alzheimergener i flugorna. De får då svårare att flyga, äta och para sig, deras neurologi påverkas och de dör i förtid, konstaterar han. Livslängden förkortades dramatiskt, från 50 dagar till fem dagar, när flugorna fick en gen med svår Alzheimer. Det verkar 127 framför allt vara två protein, ABetaprotein och Tau, som är inblandade – Vi vet att de är giftiga, toxiska, men inte hur de blir det. De finns normalt i kroppen. Stefan har i samarbete med AstraZeneca testat ett 30-tal substanser för att undersöka om de kunde bromsa sjukdomsutvecklingen. – Vi hittade ett par substanser som förlängde den sjuka flugans livslängd med 15 procent, berättar han. Läkemedel långt borta Försöken som var i sin linda var med andra ord lovande, även om steget från fluga till människa är långt. Läkemedelsindustrin är dock, efter åratals mångmiljonsatsningar för att hitta läkemedel mot Alzheimers, skeptiska. Och Stefan vet inte hur det blir med samarbetet med AstraZeneca i fortsättningen. – Jag är övertygad om att forskarvärlden kommer att hitta ett läkemedel men det kommer att ta tid, kanske 15 år, säger han. Men han tror inte att det räcker med en substans utan att lösningen kommer att vara en kombination av flera, på samma vis som verksamma HIV-preparat. Det finns för närvarande sju huvudteorier om vad som går fel när Alzheimer utvecklas. Förmodligen är flera av dem riktiga, vilket gör att man måste jobba brett. Forskarna ser också ett mönster som uppträder i degenerativa sjukdomar även om olika neurologiska sjukdomar påverkar olika typer av nervceller. 128 – Trots att olika proteiner är inblandade dyker Tau-proteinet påfallande ofta upp, bland annat också i Parkinsons. Det verkar som det finns en gemensam neurodegenerativ process, och det ger hopp om att vissa läkemedel skulle kunna fungera på flera olika sjukdomar. Nervcellernas utveckling – ett mysterium Stefan Thors primära forskningsområde är att förstå hur nervcellerna, som i början är stamceller och lika varandra, allt eftersom utvecklas till specialister inom vissa områden. – Vissa nervceller styr muskler medan exempelvis andra har en databehandlingsfunktion i hjärnan. Frågan är hur de vet vilken identitet de ska utveckla och vad de ska göra. Nervsystemet är nog kroppens mest komplexa system, konstaterar han. Stefan och hans forskargrupp har bidragit med några insikter om hur nervcellerna etablerar sin identitet. – Det rör sig om en stegvis process, från stamcell till mogen neuron eller glia. Stamcellerna bildas på många ställen i det tidiga embryot, och påverkas av olika signaler som talar om för dem vilken del av embryot de befinner sig i, exempelvis i hjärnan eller längre ner, i ryggmärgen. – När cellerna fått information om vilken plats de befinner sig på, exempelvis framhjärnan, startar detta skurar, kaskader, av information som slutligen bestämmer vilka exakta neuroner och glia celler de ska tillverka. Vi kunde bland annat visa att de så kallade Hoxgenerna är aktiva i processen, att det fungerar som ett slags kroppens GPS-system. Men han framhåller att det fortfarande är mycket oklart hur processerna går till i detalj. – Vi vet inte hur stamcellerna vet att vissa celler ska placeras i hjärnan och andra i ryggmärgen. Det är oklart hur den informationen förmedlas. Men det är inte bara ett mysterium hur stamcellerna utbildas till specialister med tusentals olika funktioner utan också hur det vet hur många celler de ska tillverka. – Det är en process vi vet ännu mindre om. I Storhjärnan finns det miljarder av vissa typer av celler, medan andra celltyper, i exempelvis hypothalmus, bara finns i omkring tio tusen. Hur kan de veta hur många som behövs för olika funktioner? Det är en viktig fråga att besvara för ökad förståelse av cancer, samt för en effektiv framtida stamcellsbehandling, säger Stefan Thor. Stefan Thor Professor i utvecklingsbiologi Wallenberg Scholar 2011 lärosäte Linköpings universitet forskningsområde Centrala nervsystemets uppbyggnad och dess nedbrytning, degenerering. priser i urval Göran Gustafssonpriset 2008 Eric K. Fernströms pris 2008 övrigt Sitter med i Cancerfondens bedömargrupp Text Carina Dahlberg Bild Magnus Bergström Wallenberg Scholars 2012 Leif Andersson Tamsvin, hästar och kycklingar berättar om människans arv Våra husdjurs gener är en ren guldgruva för nyfikna forskare. När Leif Andersson undersökte varför tamsvin bygger mer muskler än sina vilda släktningar, hittade han en gen unik för alla däggdjur som föder levande ungar. Skimmelhästar, som vitnar med åren, har gett ledtrådar om hur malignt melanom kan utvecklas. »Det generösa bidraget från Wallenbergstiftelsen ger en fantastisk möjlighet att fritt kunna välja inriktning på de projekt som vi har. Dessutom kan man snabbt ta tillvara på nya möjligheter som dyker upp. Om man vill ta upp en ny forskningslinje måste man i vanliga fall först söka anslag, sen kanske det tar ett år innan du får pengar.« Tanken att våra husdjur kan vara en bra modell för genetiska studier föddes i början på 1980-talet, någonstans på tåget mellan Stockholm och Uppsala. Leif Andersson, numera professor i funktionsgenomik vid Uppsala universitet, var nyutexaminerad biolog och arbetade på Sveriges lantbruksuniversitet. Han analyserade data på cirka fyrtiotusen hästar som samlats in för härstamningskontroller – Jag pendlade mellan Stockholm och Uppsala. På den tiden fanns inga laptops så jag läste väldigt mycket. En av de böcker jag läste var Darwins »Om arternas uppkomst«, säger Leif Andersson. I början av boken finns ett avsnitt som handlar om hur vi människor förändrat husdjurens egenskaper genom avel, Darwin argumenterar att liknande förändringar sker i naturen baserat på naturlig selektion. Den unga biologen funderade: skulle man kunna ta Darwins tankar till en ny nivå med hjälp av den nya gentekniken? Kunde man med modern teknik studera kopplingen mellan gener och olika egenskaper? Husdjur borde fungera bra som modell eftersom vissa egenskaper har avlats fram så hårt under en ganska kort tid, de senaste tiotusen åren. För kraftig pigmentering hos vita hästar Ett fenomen som fångade Leif Anderssons intresse var skimlars färg. Hästarna föds svarta, men redan under första året börjar pälsen att vitna. Medeltida kungar lät gärna avbilda sig på mäktiga skimlar, en genvariant som troligtvis kom till Europa från Asien. 133 – Greken Herodotos skriver att perser red på heliga vita hästar när de invaderade Grekland åttahundra år före Kristus. Tänk dig att du aldrig har sett dessa hästar förut – och så kommer en hel armé, säger Leif Andersson. Med hjälp av dåtidens genetiska redskap började han jämföra skimlar med andra hästar. Det fanns 15 genetiska markörer att studera. Ingen gav napp. Leif Andersson var helt enkelt för tidigt ute. Först för några år sedan kunde han ro detta projekt i land. – Då kartlade man hästens hela arvsmassa. I dag har vi miljontals markörer spridda över hela arvsmassan som vi kan studera Det har hänt mycket på 30 år, säger Leif Andersson. Med hjälp av markörerna kunde forskargruppen ringa in rätt del av arvsmassan. De hittade en specifik förändring som verkar stimulera stamceller att mogna till pigmentceller i hårsäcken. – Vår tolkning är att mutationen driver på den här processen. Det sker en överrekrytering av dessa stamceller, säger Leif Andersson. En individ föds med en begränsad mängd av de stamceller som bildar pigmentceller. Överstimuleringen gör att fölen föds ofta kolsvarta, men stamcellerna tar snabbt slut och då vitnar pälsen. 134 Aktiva pigmentceller bakom malignt melanom En orsak till att Leif Andersson gärna ville hitta skimmelgenen är att dessa vita hästar löper hög risk att utveckla hudcancer, melanom, trots att de under den vita pälsen har en svart hud som skyddar bra mot solens strålar. – Vi tror att den genetiska förändringen gör att det bildas mer pigmentceller i huden. De förökar sig lättare och det predisponerar dessa hästar till en högre risk att bilda melanom, säger Leif Andersson. År 2012 blev Leif Andersson utnämnd till Wallenberg Scholar. För de resurser som följer med utnämningen vill han bland annat undersöka hur samma mutation påverkar möss. Dessutom ska han se om det finns en koppling till människor. Personer som lätt bildar födelsemärken drabbas oftare av malignt melanom. En mekanism liknande den hos skimlar kan ligga bakom denna sjukdom hos vissa människor. Tamsvinens muskler ger ledtråd om däggdjurens utveckling En annan tråd som Leif Andersson nystar i är tamsvinens förmåga att bygga muskler. Bönder har avlat fram grisar som har mindre fett och mer muskler. – Vi har hittat en genetisk förändring som gör att grisar får fyra procent mer muskler. Tänk dig att du har en gris som väger 100 kilo när den slaktas. Då får du fyra kilo mer kött utan att du behöver ge grisen mer foder, säger Leif Andersson. Forskargruppen har visat att grisarna får mer av en speciell tillväxtfaktor i sina muskler. Samtidigt som de insåg detta, hittade de en ny så kallad transkriptionsfaktor; en slags strömbrytare som slår på och av olika gener. Just denna transkriptionsfaktor, ZBED6, är helt unik för placentala däggdjur, som har en livmoderkaka (placenta) och föder fullt utvecklade avkommor. – Den finns i alla placentala däggdjur som har studerats, till exempel människa, delfin, häst, råtta, lemur, elefant, igelkott och näbbmus. Den verkar ha kommit in i arvsmassan för 200–250 miljoner år sedan, säger Leif Andersson, som nu undrar om ZBED6 bland annat kan påverka förmågan att bilda en livmoderkaka och i så fall var en avgörande innovation under vår utveckling. Även denna tråd ska Leif Andersson nysta vidare i som Wallenberg Scholar. En annan fråga som upptar hans nyfikenhet är vad som påverkar storleken hos broilerkycklingar. En sak är säker: tanken under tågresan ledde helt rätt. Husdjur bär på många spännande genetiska anlag. Leif Andersson Professor i funktionsgenomik Wallenberg Scholar 2012 lärosäte Uppsala universitet forskningsområde Husdjurens evolution – en modell för att generera grundläggande kunskap om egenskapers genetiska bakgrund. priser i urval ERC Advanced Grants 2012 Hilda och Alfred Erikssons pris i medicin 2012 Lilly och Sven Thuréus pris i naturalhistoria och medicin 2004 Roséns Linnépris i Zoologi 2004 övrigt Ledamot av Kungl. Skogs- och Lantbruksakademien 2001 Ledamot av Kungl. Vetenskapsakademien 2002 Ledamot av Kungl. Fysiografiska Sällskapet i Lund 2004 Ledamot av Kungl. VetenskapsSocieteten i Uppsala 2007 Medlem av European Molecular Biology Organization (EMBO) 2008 Utländsk ledamot av the National Academy of Sciences, USA 2012 Hedersdoktor, Universitetet i Liège 2009 Text Ann Fernholm Bild Magnus Bergström Magnus Berggren Han omvandlar elektroniska signaler till biologiska signaler Att kunna styra celler i människokroppen med hjälp av elektroniska komponenter och på så vis behandla sjukdomar och skador i ryggmärgen eller hjärnan låter otroligt. Men Magnus Berggren och hans forskargrupp har visat att det går. De forskar inom ett relativt nytt och mycket spännande område – organisk bioelektronik. »Som Wallenberg Scholar kan man ägna sig åt djärva högriskprojekt som antingen kan leda till misslyckanden eller forskningsgenombrott. För mig var beskedet om att jag blev en Wallenberg Scholar en otrolig tajming; jag får nu fria pengar i en stund då vi precis gör nya fantastiska upptäckter i labbet. Vi kan sätta högsta fart omedelbart med att testa våra hypoteser.« Än återstår det många år av utveckling och försök innan man kan börja behandla patienter, men Berggrens grupp har visat att de har hittat en fungerande princip. Kortfattat kan man säga att Magnus Berggren vill översätta elektroniska signaler till kemiska för att styra biologiska processer. Detta sker genom att de laddningsbärande elektronerna »översätts« till joner eller kemiska molekyler i så kallade organiska bioelektroniska komponenter. Dessa komponenter består av elektriskt ledande plastfilmer som kan transportera och »översätta« elektriska signaler till kemiska. Genom en elektrisk laddning kan man sedan styra cellernas signalering. Tillämpningar finns inom en rad områden; medicin, växtbiologi, pappersbaserad elektronik och på sikt även energiomvandling. Magnus Berggren utsågs som 34-åring till professor i organisk elektronik vid Linköpings universitet. Då hade han redan hunnit med att vara vd för ett forskningsbaserat företag, och jobbat på forskningsinstitutet Acreo som utvecklar forskningsidéer till kommersiellt gångbara produkter. Sedan han återvände till universitet på heltid har han varit inblandad i flera banbrytande upptäckter inom olika tillämpningsområden. Från att i början av karriären har varit inriktad på pappersbaserad elektronik har han allt mer flyttat över intresset till det medicinska området. Man skulle kunna beskriva honom lite som en rastlös renässansmänniska i modern tappning, en beskrivning han nog själv skulle värja sig för. – Jag gillar helt enkelt att hålla på med olika grejor. Kanske är det för att jag tröttnar snabbt och vill vidare till nya utmaningar. Det är ju också forskarens uppgift att skapa ny kunskap. 137 Lagarbete Magnus Berggren lyfter hela tiden fram sin forskningsgrupp och understryker att de är många som är delaktiga i de framgångar som han och gruppen haft. – Man kan inte producera allt själv. Det handlar om att omge sig med rätt personer och bygga ett öppet klimat där man litar på varandra, det är då idéerna kommer. I dag är en stor del av min uppgift att få mina kollegor att våga testa nya idéer. Alla de nya rön som Berggren och hans mycket tvärvetenskapliga grupp kommit med de senaste åren är bevis nog på att det är ett framgångsrecept. – Gruppen består av kemister, biologer, fysiker och elektronikforskare. Det gemensamma är att vi alla jobbar med organiska elektroniska polymer, plaster, berättar Berggren. Bland annat arbetar de med att skapa organiska komponenter som med hjälp av elektroniska signaler kan styra biologiska funktioner och reaktioner. – Vi vill översätta elektroniska signaler till biologiska och omvänt. Vi har till exempel skapat en elektronisk jonpump som kan användas i organ och i cellkulturer för att styra och reglera fysiologiska processer. 138 Genom att på elektronisk väg skapa jonströmmar och kemiska gradienter kan forskarna skaffa nya kunskaper om olika signalvägar i celler och vävnad vilket kan komma till nytta vid utvecklingen av framtida läkemedel och behandlingsmetoder. Nya behandlingar av sjukdomar Deras forskning har också resulterat i en slags kemisk volymkontroll som i framtiden förhoppningsvis kommer att kunna används som protes vid hörselskador. – Det mest fascinerande med det var att vi kunde översätta elektroniska signaler till neurotransmittorer. En neurotransmittor, som också kallas signalsubstans, är en molekyl som förmedlar en nervsignal på kemisk väg från en nervcell till en annan i nervsystemet. Förhoppningen är också att på sikt snabbt och med hög precision kunna frisätta komplexa blandningar av substanser i kroppen för behandling av till exempel epilepsi eller Parkinsons sjukdom. Men tillämpningarna är inte bara medicinska. Jonpumpen används även inom växtforskningen i ett försök att skapa att styra växters tillväxt. Som Wallenberg Scholar ska Magnus Berggren jobba vidare med det kemiska chipet som gruppen utvecklat. – Det är en utveckling av jontransistorer och jondioder som ger oss nya möjligheter att styra signalvägarna i biologiska system. Vi kan exempelvis skicka ut signaler till synapserna i en muskel, där signalsystemet av någon anledning inte fungerar. Vi vet att våra chip fungerar med vanliga signalsubstanser, som exempelvis acetylkolin. Vi vill nu jobba vidare med att bland annat öka farten på jonerna, säger Magnus Berggren Magnus Berggren Professor i organisk elektronik Wallenberg Scholar 2012 lärosäte Linköpings universitet forskningsområde Organisk elektronik för nya applikationer inom bland annat medicin, växtbiologi, elektroniskt papper och energiomvandling priser i urval Göran Gustafssonpriset 2005 övrigt Ledamot av Kungl. Vetenskapsakademien Beroendeframkallande upptäckter Hans första stora upptäckt kom redan under doktorandtiden då han studerade lysdioder baserade på organiska material. – Tanken var att göra en komponent som gav vitt ljus, genom att blanda färger. Jag satt med min biträdande handledare Göran Gustafsson, när vi upptäckte att vi genom att ändra spänningen kunde styra färgerna. Vi förstod direkt att det var något stort. Att upptäcka något nytt är en kick, en känsla som man blir beroende av. Det är det som gör att man vill arbeta vidare. Ett nytt område som Magnus och forskargruppen börjat arbeta med är en ny variant av elektrokemi. – Jag tror att det med hjälp av elektrokemi går att ta fram nya material och komponenter. Text Carina Dahlberg Bild Magnus Bergström Per-Olof Berggren Med ögat som fönster för diabetesstudier Transplantation av Langerhanska öar med sina insulinproducerande betaceller till ögat kan komma att bli framtidens behandlingsmetod för att stabilisera blodsockernivåerna hos diabetiker. Bakom forskningen står diabetesforskaren Per-Olof Berggren »Det är en stor ära att bli Wallenberg Scholar. Stiftelsens bidrag till min forskning är definitivt mycket viktigt och möjligör för mig att såväl anställa spetsforskare utifrån som att fokusera på mera långsiktiga och komplexa frågeställningar.« Per-Olof Berggren understryker dock att det framförallt är som forskningsverktyg den aktuella metoden kommer att ha en avgörande betydelse. – Transplantation av de Langerhanska öarna till ögat gör det möjligt att studera de insulinproducerande betacellerna med hög upplösning, under lång tid i den levande organismen med såväl intakt kärl- som nervförsörjning. Ögat fungerar som ett naturligt kroppsfönster, konstaterar Berggren. Det låter som en smått galen idé, att flytta bukspottkörtelns insulinproducerande celler till ögat, men djurförsök har visat att det fungerar och steget att prova metoden på människor ligger troligtvis bara några år framåt i tiden. – De studier vi har gjort på apor i Miami visar på bättre blodsockernivåer så vi har stora förhoppningar att det också ska fungera på människor, förklarar Per-Olof Berggren. Skonsam försöksmetod Med hjälp av olika typer av avancerade mikroskopsystem kan forskarna följa den komplicerade process som reglerar insulinfrisättningen i realtid. – Vi får hela den systembiologiska bilden av vad som händer, utan att vare sig skada eller avliva djuren. Som Wallenberg Scholar ska Berggren ta försöken vidare. Han har goda förhoppningar om att under de närmaste åren klargöra i detalj de processer som reglerar insulinfrisättningen under normala betingelser samt varför dessa inte fungerar vid diabetes hos såväl mus som apa och människa. Detta är av avgörande betydelse för att skapa nya och mera adekvata behandlingsprinciper vid diabetessjukdom. 141 Snabbt växande folksjukdom Per-Olof Berggren är professor i experimentell endokrinologi och föreståndare för Rolf Lufts forskningscentrum för diabetes och endokrinologi vid Karolinska Institutet. Han leder en forskargrupp på omkring 35 personer i Stockholm, har ett intensivt samarbete med forskare i Miami och Korea och håller nu på att bygga upp ytterligare ett samarbete med forskare i Singapore. Målet är att förstå orsakerna till en av världens snabbast växande folksjukdomar – diabetes. Och att Korea och Singapore är samarbetspartners är ingen slump. Mer än elva procent av dessa länders befolkningar har diabetes, vilket är mer än dubbelt så många som i Sverige. – Vårt samarbete utgår från den forskning som sker vid Karolinska Institutet. Samarbetet med Miami ger oss högkvalitativ human vävnad medan försöken på apor görs i Asien, förklarar han. Viktiga pusselbitar Berggren och hans medarbetare har inriktat sig på att förstå mekanismerna bakom frisättningen av insulin. De vill kartlägga de signalsystem som finns i de insulinproducerande betacellerna i bukspottkörtelns Langerhanska öar. Förutom de insulinproducerande betacellerna är även de glukagonproducerande alfacellerna och somatostatinproducerande deltacellena med och regle- 142 rar sockernivåerna i blodet. Men det är bara insulinet som kan sänka blodsockernivåerna. Vid diabetes är funktionen hos samtliga dessa tre celltyper förändrad. Berggrens forskargrupp har visat att de glukagonproducerande alfacellerna stimuleras av just glukagon och att samma princip gäller för de insulinproducerande betacellerna. Det betyder att det finns en självreglerande effekt i den Langerhanska ön, där en cell som frisätter något av dessa hormoner omedelbart får en beställning om att nyproducera mer av det frisatta hormonet. – Genom att vi skaffar oss kunskaper om hur hormonerna reglerar sin egen produktion kan vi på sikt även studera defekter i processen. Om defekterna har en betydelse för diabetessjukdomen är det viktiga pusselbitar som kan falla på plats, säger Per-Olof Berggren. Skillnad på möss och människor För några år sedan upptäckte forskargruppen att strukturen hos de Langerhanska öarna, och därmed regleringen av insulinfrisättningen, var annorlunda i människa jämfört med den i mus. – Det var en viktig upptäckt och vi insåg att de tidigare studier som gjorts på möss inte nödvändigtvis stämmer vad det gäller människa. De Langerhanska öarna hos möss innehåller en stor mängd nerver som har kontakt med de hormonfrisättande cellerna. Men hos människa visade det sig att nervsystemet endast har en indirekt kontakt med dessa celler genom att påverka blodflödet. – Detta var oväntat. Att basala cellulära mekanismer mellan möss och människor skiljer sig åt så mycket hade ingen trott. Skillnaden i funktion och struktur är stora, konstaterar Berggren. Upptäckten att frisättningen inte kontrolleras direkt av nerver utan indirekt genom att nerverna etablerar kontakt med kapillärerna i de Langerhanska öarna, kan få stor betydelse för framtida läkemedel mot diabetes. Men även de olika hormonfrisättande cellernas lokalisering i de Langerhanska öarna skiljer sig mellan mus, apa och människa. De är mer blandade hos såväl apor som människor. Lovande resultat Omkring 90 procent av de som har diabetes har typ 2-diabetes, det som vi tidigare istället kallade åldersdiabetes. Tidigare var det endast vuxna som insjuknade men i dag drabbas även barn. Vid typ 2-diabetes finns betacellerna kvar men de är blinda för förändringar av blodsockerkoncentrationen och frisätter inte rätt mängd insulin. Vid typ 1-diabetes, som framför allt drabbar barn och ungdomar, inträffar en autoimmun reaktion och kroppens immunförsvar dödar insulincellerna. – Tillsammans med forskare i Miami använder vi nu ögat som plattform för att studera de olika immunologiska och inflammatoriska reaktioner som äger rum i de Langerhanska öarna vid diabetes. Vi har redan genererat en mängd spännande resultat vad det gäller kontakten mellan betaceller och T-celler och hur denna kontakt kan påverkas genom att till exempel tillsätta olika ämnen direkt till ögat. Ovisst om metoden fungerar för människor Efter de lyckade försöken med att bota diabetessjuka möss, genom att transplantera Langerhanska öar till den främre ögonkammaren, har forskargruppen fått många frågor om metoden också skulle kunna fungera på människor och om den skulle kunna ersätta de levertransplantationer man i dag utför. – Det är omöjligt att besvara i dagsläget. Det vi kan konstatera är att de försök som vi har gjort på diabetessjuka apor i Miami hitintills har varit mycket lyckosamma och inte förknippade med några som helst problem för djuren. Även om vi inte kunde få aporna helt oberoende av insulinbehandlingen kunde vi förbättra blodsockerregleringen genom att de transplanterade betacellerna fick igång en egen insulinproduktion. En av fördelarna med att transplantera Langerhanska öar till ögat är att de blir snabbt blodförsörjda. – Även om man inte kan transplantera tillräckligt med Langerhanska öar för att helt bota diabetes kan man förhoppningsvis minska behovet av tillsatt insulin. Det skulle vara en stor vinst att kunna motverka skadliga svängningar i blodsockerkoncentrationen genom att höja den diabetessjukes egna insulinproduktion, konstaterar Per-Olof Berggren. Per-Olof Berggren Professor i experimentell endokrinologi Wallenberg Scholar 2012 lärosäte Karolinska Institutet forskningsområde Signalsystem som reglerar frisättningen av insulin priser i urval Hilda och Alfred Erikssons pris 2000 Novo Nordisk Foundation Award and Lecture 1999 Roche Diagnostics/Juvenile Diabetes Foundation International Diabetes Care Award 1998 Eric K. Fernströms pris 1995 övrigt Ledamot av Nobelförsamlingen vid Karolinska Institutet Ledamot av Kungl. Vetenskapsakademien Ledamot av Academia Europaea Text Carina Dahlberg Bild Magnus Bergström Christer Betsholtz Ny transportväg för läkemedel mot Alzheimers sjukdom Det finns inga eller mycket få läkemedel mot sjukdomar i hjärnan, som till exempel Alzheimers. Ett problem är hur man ska lyckas leverera läkemedel genom blodhjärnbarriären, hjärnans effektiva skydd mot främmande ämnen. Men en svensk upptäckt ger hopp om att kunna öppna och stänga blodhjärnbarriären vid behov. »Anslaget innebär att vi får en större rörelsefrihet och kan starta nya djärva forskningsinriktningar. Vi befinner oss på jungfrulig forskningsmark, och får nu möjlighet att utföra experiment som baseras mer på maggropskänsla än existerande kunskap, något som är svårt att motivera i ett normalt anslagssammanhang.« Blodhjärnbarriären är en skyddsvall av mycket täta blodkärlsväggar. Den har byggts upp under årmiljonerna för att skydda hjärnan från skadliga substanser i blodet. I barriären finns molekyler som binder till ämnen av helt olika struktur. De kan liknas vid väktare med uppgift att kasta ut oönskade gäster tillbaka in i blodbanan. Bland annat kan det röra sig om ämnen från kosten, som inte får släppas igenom till hjärnan. Men samtidigt som skyddsmekanismen är livsavgörande, ställer dess effektivitet till problem när man vill leverera läkemedel till hjärnan. Behoven är stora vid neurologiska och psykiatriska sjukdomar. – Läkemedelsindustrin har slitit sitt hår i decennier eftersom det är en otroligt liten del av de läkemedel som tas fram, som spontant har förmågan att tränga igenom till hjärnan. Det betyder att man går miste om möjligheten att testa potentiellt fungerande läkemedel, säger professor Christer Betsholtz, som är en av 2012 års Wallenberg Scholars. Okänd passage i hjärnan Men Betsholtz och hans medarbetare kan nu vara en lösning på spåren. De började redan på 1980-talet forska om tillväxtfaktorer, de proteiner som styr cellernas tillväxt. Det är ämnen som kan spåra ur vid cancer, då tumörceller gör egna tillväxtfaktorer och matar sig själva. Men tillväxtfaktorerna har också flera normala uppgifter i kroppen, något som kunde studeras genom att slå ut generna bakom tillväxtfaktorer hos möss. – Tekniken att göra så kallade knock out-möss hade då just blivit tillgänglig, och vi bestämde oss för att satsa allt på det och se vart det skulle leda oss, berättar Christer Betsholtz. 145 När forskarna slog ut tillväxtfaktorerna inträffade en kedjereaktion, bland annat i hjärnan. En av tillväxtfaktorerna, som kallas PDGF-B, ansvarar normalt för att rekrytera en celltyp till blodkärlsväggen som heter pericyter. Nu försvann plötsligt pericyterna. – Då kände man knappt till existensen av pericyter, men i ett slag så fick vi kunskap om att dessa celler har en avgörande betydelse för blodkärlväggens stabilitet. Och cirka 10 år senare upptäckte vi att pericyterna reglerar blodhjärnbarriären, även detta av en slump, säger Christer Betsholtz. Forskning på nytt laboratorium Frånvaron av pericyter öppnade en transportväg över blodhjärnbarriären, som normalt är stängd. Passagen är bara selektivt öppen och utnyttjar små membranblåsor som har förmågan att plocka upp små paket av blodplasma på ena sidan av cellen och transportera över dem till andra änden där innehållet släpps ut. Upptäckten väcker hopp om att äntligen kunna utveckla metoder att distribuera läkemedel till hjärnan. Det kommande arbetet 146 går ut på att undersöka den molekylära mekanismen i detalj. Forskningen bedrivs vid Rudbecklaboratoriet i Uppsala, dit Betsholtz nyligen flyttat med sin forskargrupp från Karolinska Institutet. En helt ny inspirerande miljö byggs upp med potential för samarbeten med andra forskargrupper som ägnar sig åt blodkärlsforskning, bland annat Lena Claesson-Welsh, som utnämndes till Wallenberg Scholar år 2009. Dokumentärfilm väckte forskardrömmen Uppsala är hemmaplan för Christer Betsholtz. Det var vid universitetet där som han började läsa medicin år 1982, och där tog forskarkarriären fart efter disputationen 1986. Men redan som barn drömde han om att bli forskare. Då var det vetenskapsprogrammen i tv som stimulerade intresset, till exempel Jacques Cousteaus upptäcktsfärder i havsdjupen. – Det finns stora likheter mellan klassiska upptäcktsresanden och forskning inom medicin och biologi. Allt börjar med en hypotes, baserad på idéer. Sedan designar man ett experiment för att ta reda på om hypotesen är rätt eller fel, och använder all den kunskap som finns och sin logiska förmåga. Ofta pekar resultaten i en helt annan riktning och man hamnar på ett helt nytt spår. Man kan ha hypotesen att man ska åka till Indien, och så hamnar man istället i Amerika. Blodkärlstillväxt inblandad i många sjukdomar Under de senaste åren har oväntade upptäckter fört Christer Betsholtz till nya okända farvatten inom forskningen, men med vaskulär biologi, blodkärlsforskning, som det övergripande temat. Blodkärlens tillväxt är viktig för att förstå en rad olika sjukdomar, förutom i hjärnan även när det handlar exempelvis om cancer, diabetisk ögon- och njursjukdom, lungsjukdom och reumatiska sjukdomar. Men den närmaste tiden står blodhjärnbarriären i fokus. Visionen är att ta fram metoder för att kunna öppna och stänga passagen vid behov, och att ta reda på om det finns några skadliga konsekvenser av att blodhjärnbarriären står öppen under en kortare eller längre tid. – Lyckas vi kontrollera transportvägen genom blodhjärnbarriären med en på- och avsignal kommer det att vara väldigt attraktivt för utvecklingen av läkemedel mot de stora folksjukdomarna, som till exempel Alzheimers. Vi ser också framför oss möjligheten till effektivare psykofarmaka och mer av skräddarsydda behandlingar i framtiden, säger Christer Betsholtz. Christer Betsholtz Professor i vaskulär biologi Wallenberg Scholar 2012 lärosäte Uppsala universitet forskningsområde Blodkärlsbiologi, vaskulär biologi, med fokus på hur blodkärlen utvecklas och hur deras genomsläpplighet regleras. Betydelsen av dessa processer för sjukdomar i hjärnan, ögonbotten, njurarna, samt vid cancer. priser i urval Del Monte-medaljen i neuromedicin 2012 ERC Advanced Grant 2012 Dr. Axel Hirschs pris 2010 Lundbeckstiftelsens medalj 2004 Göran Gustafssonpriset i molekylärbiologi 1997 övrigt Söderbergprofessur i medicin från Torsten och Ragnar Söderbergs stiftelser Ledamot av Kungl. Vetenskapsakademien Ledamot av Nobelförsamlingen vid Karolinska Institutet Text Nils Johan Tjärnlund Bild Magnus Bergström Thierry Coquand Datorer ska granska matematiska bevis Matematikens abstraktioner når allt högre nivåer. Vissa bevis sträcker sig över tusentals sidor; de är så komplexa att ingen riktigt kan vara säker på att de är rätt. Därför tar nu matematiker datorer till hjälp. Thierry Coquand utvecklar datorprogram som ska kunna kontrollera bevis. Att visa att detta går, är i sig ett logiskt bevis; ett slags metamatematik. Thierry Coquand arbetar normalt vid institutionen för data- och informationsteknik vid Göteborgs universitet. Men just nu tillbringar han ett år tillsammans med ett tjugotal andra matematiker och datorvetare på Institute for Advanced Study i Princeton, USA. De har ett gemensamt projekt: att försöka ta fram datorprogram som bevisar att matematiska bevis är korrekta. – Det här är en unik möjlighet att få arbeta tillsammans med 20 andra personer som är intresserade av samma ämne som jag och som är väldigt duktiga, säger Thierry Coquand. Långt bevis för hur en karta kan färgläggas »Det som är bäst med Wallenberg Scholar anslaget, är att du är fri att göra vad du vill och att ta risker. Det är inte alls klart att det projekt jag arbetar med kommer att fungera. Men det är mycket bra att kunna utforska detta på ett så fritt sätt. Det är helt fantastiskt.« För att beskriva vikten av vad gruppen gör, ger han ett exempel: beviset för den så kallade fyrfärgssatsen. Den satsen säger att det krävs fyra olika färger för att kunna färglägga en karta, till exempel världskartan, på ett sådant vis att inga angränsande regioner, eller länder, har samma färg. Den här satsen framlades år 1852 och att bevisa den är inte lätt. Det går att färglägga en karta på väldigt många olika vis och att undersöka alla kombinationer är ett gigantiskt arbete. Hela fyra olika felaktiga bevis publicerades för satsen, innan en grupp matematiker år 1976 lyckades ta fram ett korrekt bevis med hjälp av ett datorprogram. Problemet var att beviset blev flera tusen sidor långt. Inom vetenskapen granskar alltid någon oberoende forskare resultaten från ett projekt innan de publiceras. Detta för att säkerställa att de resultat som går i tryck är korrekta och håller hög kvalitet. Men att granska detta långa bevis var i princip omöjligt. – Beviset gick inte att överblicka. Dessutom använde de ett så icke-trivialt datorprogram, som sannolikt innehöll någon bugg, säger Thierry Coquand. 149 Detta ledde till en ny insikt inom matematiken: den började bli så komplicerade att matematiker inte längre kunde upptäcka varandras felaktigheter. Risk för ett korthus som faller ihop Därmed öppnade sig en ny obehaglig möjlighet: det fanns en risk att man började bygga ett korthus. Om någon detalj i grunden blev fel, kunde åratal av arbete falla ihop och tillintetgöras. Det långa beviset för fyrfärgssatsen, tillsammans med flera liknande exempel, blev därför startskottet för ett helt nytt forskningsområde, där datorvetare och matematiker utvecklar datorprogram som systematiskt kan gå igenom ett bevis. Thierry Coquand har varit inblandad i utvecklingen av ett sådant system, som en annan forskare använde för att granska beviset för fyrfärgssatsen. 150 – Då hittade han till och med ett ännu bättre bevis, säger Thierry Coquand. Han är med och organiserar året vid Princeton, där forskarna nu har samlats för att konstruera flera granskningsprogram för matematiska bevis. Initiativet till projektet tog den ryska matematikern Vladimir Voevodsky, professor vid Institute of Advanced Study och pristagare av det prestigefyllda Fields Medal, matematikens svar på Nobelpriset. – Voevodsky menar att detta just nu är en av matematikens viktigaste utmaningar. Matematiker måste kunna lita på att tidigare arbeten är korrekta, säger Thierry Coquand. Drömmen är att hitta det universella granskningsprogrammet Själva forskningsområdet kallas för »type theory« och grundades av en svensk matematiker, Per Martin-Löf. Thierry Coquand berättar att Voevodsky för några år sedan kom på nya spännande tankar kring »type theory«; nya grundantaganden, så kallade axiom, som de kan bygga vidare på. Exakt vad det rör sig om är svårt att förstå för icke-matematiker. – Men det här axiomet får väldigt spännande konsekvenser och jag arbetar med att förklara varför dessa nya principer är rättfärdigade. Men hur kan forskarna då vara säkra på att de granskningsprogrammen i sig är korrekta och hittar alla fel? – Det program som kontrollerar ett bevis är i sig ett kort program. Det går alltså att undersöka om programmet är korrekt genom en direkt genomgång, säger Thierry Coquand. Även om det aldrig går att vara absolut säker på någonting, innebär detta en klar förbättring. När Thierry Coquand kommer hem till Sverige igen ska han fortsätta att utveckla dessa program. Han blev nyligen utsedd till Wallenberg Scholar. För den finansieringen som följer med utnämningen, tänker han försöka närma sig sina drömmars mål: att ta fram en programvara som kan granska alla matematiska bevis. Om detta är möjligt vet han ännu inte. Det är ett logiskt problem i sig; ett slags metamatematiskt problem. Svaret ligger förmodligen långt in i framtiden. Under tiden ska han fokusera på delområden inom matematiken. – För den matematik som användes för datoralgebra, skulle det kunna vara möjligt att ta fram ett bevisgranskningsprogram, säger han. Lyckas forskarna kommer matematiken förändras i grunden. Då kan de matematiska bevisen bli ännu längre och abstraktionsnivån inom matematiken kan nå än högre höjder. Thierry Coquand Professor i data- och informationsteknik Wallenberg Scholar 2012 lärosäte Göteborgs universitet forskningsområde Bevisteori och interaktiv granskning av bevis priser i urval Wallmarkska priset 2001 Kurt Gödel Centenary Research Prize Fellowship, Category senior 2008 övrigt ERC Advanced Grant 2010 Medlem av The Council of the Association for Symbolic Logic Ledamot av Kungl. Vetenskapsoch Vitterhets-Samhället i Göteborg Medlem av Academia Europaea 2011 Text Ann Fernholm Bild Magnus Bergström Per Delsing Han tämjer ljusets krafter För några år sedan lyckades Per Delsings forskargrupp skapa ljus ur vakuum. Nu har de lyckats fånga fotoner och hålla dem instängda tills de tycker att det är dags att släppa ut dem igen. Snart hoppas Per Delsing kunna styra fotoners väg över ett specialdesignat chip. Leken med ljus sker i supraledare, kylda med helium från gamla vätebomber. »Det är en stor ära att bli utsedd till Wallenberg Scholar. Finansieringen innebär att jag kan fortsätta med den här forskningen och på den nivå som jag befinner mig. Stiftelsen har redan betytt mycket för mig. All våra tre kryostater är till exempel finansierade av den.« Per Delsing kommer ihåg första gången han hörde om supraledande material. Han var runt tio år gammal och han frågade sin far – som var den som kunde allt – vad supraledare var för någonting. Pappan svarade: »jag har ingen aning«. När den unge pojken slog upp begreppet i Nordisk familjebok kunde han läsa att det var när en metall förlorade sin resistans, sitt motstånd, helt och hållet. – Jag tycket att det var ganska häftigt. Även om jag inte hade någon jätteförståelse för det visste jag att om man skickar en ström genom en glödlampa blir den varm. Men utan resistans skulle den inte bli varm alls, säger Per Delsing, i dag professor i experimentell fysik vid Chalmers tekniska högskola. Sedan denna gång har supraledande komponenter varit ett återkommande tema i hans liv. Det var också med hjälp av supraledare som hans forskargrupp år 2011 gjorde ett stort genombrott inom fysiken: de lyckades skapa ljus ur vakuum. Varde ljus De flesta har i skolan lärt sig att vakuum är samma sak som ingenting. Det är tomrum. Men i kvantfysikens värld är detta tomrum fyllt av virtuella partiklar. Ur intet skapas hela tiden partiklar och deras antipartiklar. De existerar under några pikosekunder, några miljondelar av en miljondels sekund, sedan träffar de på varandra igen och förintas. Med ljuspartiklar, fotoner, är denna process lite speciell: – Fotoner är sin egen antipartikel. Därför bildas det alltid ett par av fotoner, säger Per Delsing. Ungefär samtidigt som han första gången i sitt liv hörde talas om supraledning förutsåg en fysiker vid namn Gerald Moore, att det borde gå att skapa ljus ur vakuum om man lyckades skjuta in en spegel mellan två nyskapade virtuella fotoner. Spegeln borde 153 kunna reflektera fotonerna så att de åkte iväg åt varsitt håll. Om de inte träffade på varandra igen, skulle de inte försvinna. Genom denna process skulle det virtuella bli till verklighet; till ljus. Att skjuta in en riktig spegel mellan två fotoner som existerar under några pikosekunder är i princip omöjligt. Spegeln skulle behöva röra sig med hastigheter som ligger nära ljusets. Men istället för en spegel använde sig Per Delsing och hans kollegor av 154 något som på engelska kallas för en »superconducting quantum interference device« och som forskarna förkortar till en »squid«. I kvantvärlden fungerar detta som en spegel. Med hjälp av ett elektromagnetiskt fält manipulerade de squidens förmåga att reflektera ljus och fick då fram samma effekt som om de hade flyttat en spegel med ljusets hastighet. Och plötsligt – ur tomma intet – uppstod fotoner. Detta genombrott rankades som det femte viktigaste år 2011 av tidskriften Physics World. Kyler med isotoper från vätebomber Forskargruppen genomförde experimentet vid en temperatur som låg mindre än 50 milligrader över den absoluta nollpunkten; den temperatur där alla atomer i princip står stilla. För att kunna nå detta extrema gradtal, - 273,10 °C, krävs så kallade kryostater där forskarna stegvis sänker temperaturen på det supraledande materialet. Först med hjälp av flytande helium, sedan genom att låta en isotop, helium-3, cirkulera i vanligt helium-4. Den enda källan till helium-3 är gamla avlagda vätebomber. De innehåller tritium som sönderfaller till helium-3. – Vi tycker att det här är ett mycket bättre sätt att använda tritium. Då används det till något nyttigt, säger Per Delsing. En hinderbana för fotoner Inuti de tre kryostaterna på hans laboratorium fortsätter leken med ljuspartiklar. Alldeles nyligen lyckades forskargruppen fånga ljuspartiklar inuti något som kallas för en resonator och som de skapar av supraledande material. De har också lyckats tillverka en router där de kan välja om de vill skicka en enstaka foton åt höger eller åt vänster. Nästa steg blir att skapa en hinderbana eller en rangerbangård för fotoner. Istället för att parkera tåg och vagnar styr de fotoner. – Man kan se routrarna som en tågväxlar som styr fotonerna. Vi ska generera dem på ett ställa och sedan låta dem gå i en bestämd bana, säger Per Delsing. Det som nu återstår är att hitta en metod för att detektera, påvisa, enstaka fotoner. Först när de har en sådan kan de bevisa att de styr fotonerna dit de vill. Vad syftar då denna lek till? – Vi vet inte var detta leder någonstans, men vi inser att det kan finnas nya stora möjligheter här. Det vi gör har man inte kunnat göra förut, säger Per Delsing och ler. Möjligen kan forskargruppens kreativa ljuslekar bidra till utvecklingen av kvantdatorer. Men detta får framtiden utvisa. Per Delsing Professor i experimentell fysik Wallenberg Scholar 2012 lärosäte Chalmers tekniska högskola forskningsområde Kvantfysik med nanokomponenter priser i urval ERC Advanced Research Grant 2010 Edlundska priset 2006 Göran Gustafssonpriset i fysik 1999 övrigt Ledamot av Kungl. Ingenjörsvetenskapsakademien Ledamot av Kungl. Vetenskapsakademien Ledamot av Nobelkommittén för fysik Text Ann Fernholm Bild Magnus Bergström Tobias Ekholm Han rör sig på gränsen mellan matematik och fysik Tobias Ekholm är matematiker, men i och med att han allt mer har koncentrerat sig på symplektisk geometri har han närmat sig ungdomsårens intresse för fysik. Internationellt är det ett stort område som ligger nära fysikens strängteori. Men i Sverige är Tobias ganska ensam. Trots det återfinns han bland världens främsta unga symplektiska geometriker. Den svarta tavlan som upptar kortväggen av Tobias Ekholms arbetsrum vid Uppsala universitet är fylld med formler och olika geometriska figurer. Han berättar att han tidigare framför allt arbetade med krita och tavla, eller block och penna, men att iPaden numera är hans främsta verktyg. – Det kan bli ganska omfattande konstruktioner och när jag tänker på något geometriskt vill jag gärna illustrera det med en bild. I plattan kan jag dessutom på ett enkelt sätt organisera anteckningarna så att de är lätta att hitta. Under gymnasietiden var det snarare fysiken än matematiken som intresserade Tobias. – Det var först när jag började läsa matematik på universitetet som jag blev tagen av det. Geometrin, som i vissa avseenden skiljer sig ganska rejält från den klassiska skolgeometrin, ligger i linje med mitt sätt att tänka, konstaterar Tobias Ekholm. Strängteorin förenar »Genom Wallenberg Scholars-anslaget får jag en möjlighet att bygga upp en forskningsmiljö och rekrytera postdoktorander. Det är otroligt värdefullt.« Hans forskning har berört många av geometrins delar. Från topologi och differentialgeometri har han landat i symplektisk geometri. Ämnet har sina anor i klassisk mekanik som grundar sig på Isaac Newtons rörelselagar så som de formulerades av JosephLouis Lagrange och William Rowan Hamilton. Under 1980– 1990 återuppväcktes intresset för ämnet och nya banbrytande tekniker upptäcktes. – Man kan säga att både metoder och frågeställningar ligger nära teoretisk fysik. Det intressanta är att matematiken och fysiken har närmat sig geometrin från varsitt håll med snarlika angreppssätt vilket lett till ett ömsesidigt befruktande och en närmast explosionsartad kunskapsutveckling. 157 Stängteoretiska och symplektisk geometriska problem har lett forskningen i samma riktning och krävt gemensamma insatser. De flesta av oss tänker på trianglar, cirklar, vinklar och areor när vi hör ordet geometri. – Symplektisk geometri är ett lite vildare slags geometri, det handlar om tvådimensionella areor som måste bevaras, de får inte förändras vid manipulering, berättar Ekholm. Kopplingen till den teoretiska fysikens strängteori där målet, förenklat beskrivet, är att få ihop gravitationen med övriga fundamentala krafter, går via den topologiska strängteorin som kan sägas vara en enklare variant och fungerar som en slags modell. 158 – Lite förenklat kan man kanske säga att fysiker vill förstå världen, hur de fysiska lagarna fungerar, medan matematiker sysslar mer med inomvetenskapliga matematiska problem som handlar om de lagar som de fysiska lagarna måste följa. Gemensamma problem Ett färskt exempel på samband mellan symplektisk geometri och topologisk strängteori kommer från studiet av matematiska knutar, det vill säga tilltrasslade och oändligt elastiska cirklar i rummet. – För ett antal år sedan introducerade vi en ny knutinvariant av symplektisk geometrisk natur som förenar ett polynom, en matematisk modell, med varje knut och som är tillräckligt kraftfull för att skilja den oknutna cirkeln från alla andra knutar. Tobias Ekholm berättar att förra året lyckades två fysiker också förena ett polynom till varje knut via topologisk strängteori. – De har i alla fall beräknat att det stämde med vårt polynom. Genom gemensamma ansträngningar skönjer vi nu en förklaring till varför polynomen överensstämmer och har på detta sätt funnit ett nytt och slående samband mellan symplektisk geometri och topologisk strängteori. Viktigt med starka miljöer Tobias Ekholm har sina närmaste medarbetare i USA. Han samarbetar med fysiker på Harvard och Berkely och matematiker på Duke, Stanford samt Cambridge i England. – Att vara matematiker är ett ganska ensamt jobb. Därför är det viktigt att komma ut i världen, till riktigt starka miljöer. Wallenberg Scholar-anslaget innebär att jag kan rekrytera postdoktorander hit, vilket inte är vanligt, och bygga en miljö och en brygga över till fysiken. Tobias Ekholms forskning är, vilket nog har framgått, helt teoretisk och kan beskrivas som matematisk grundforskning. – Praktiska tillämpningar är relativt långt borta. Det helt öppet vad som kommer ut, menar han. Samtidigt ligger avancerad matematik alltid bakom ny, banbrytande teknologi. Sökningar via Google eller GPS-teknik är två exempel. Det finns också ett antal exempel på forskare som genom teoretiska studier förutsett saker långt före de har kunnat påvisas experimentellt, ett aktuellt exempel är Higgspartikeln. Gång på gång har historien visat att kunskap som i början kan te sig ligga långt från reella tillämpningar har en stor förmåga att längre fram i tiden vara ytterst betydelsefull. Tobias Ekholm Professor i matematik Wallenberg Scholar 2012 lärosäte Uppsala universitet forskningsområde Topologi, differentialgeometri samt symplektisk geometri som är relevant för den teoretiska fysiken, framför allt inom strängteori och kvantfältteori. priser i urval Göran Gustafssonpriset i matematik 2008 övrigt Biträdande föreståndare vid det matematiska forskningsinstitutet Institut Mittag-Leffler Text Carina Dahlberg Bild Magnus Bergström Marianne Gullberg Om konsten att lära sig ett nytt språk Hur gör vi när vi talar och förstår språk? Och hur går det till när vi lär oss nya språk? Vad händer med våra gester? Påverkas vårt förstaspråk när vi lär oss ett nytt? Det är några av de frågor Marianne Gullberg försöker besvara i sin forskning. Samtidigt avfärdar hon flera myter om språkinlärning. – Jag tycker att det är kul att punktera myter, säger hon med ett skratt. Hon pratar fort och intensivt. Ögonen gnistrar och orden flödar ur hennes mun samtidigt som hon gestikulerar livfullt. Man förstår att språkforskning inte bara är ett jobb utan en passion. Gesterna och myterna däromkring ska vi återkomma till. Marianne Gullberg är professor i psykolingvistik vid Lunds universitet. Psykolingvistik innebär kortfattat att man undersöker relationen mellan språk, tanke och hjärna. Helt enkelt hur vi egentligen gör när vi talar och förstår språk. Något som vi inte så ofta tänker på när vi pratar vårt modersmål. – Det är en otroligt snabb process, det handlar om millisekunder. På den tiden hinner vi gå från en vag idé om vad vi ska säga till att välja rätt ord, grammatik, ljud, intonation och gest. Den omvända processen, att förstå det någon annan säger, är lika fascinerande. Outforskat område »Det fantastiska med anslaget är att det är fritt och långsiktigt. Man kan satsa på det man gått och tänkt på, men som är svårt att genomföra i korta projekt.« Det mänskliga språket är det mest komplexa kommunikationssystem man känner till. Språket är också vårt redskap för tänkande. Det samverkar med till exempel känslor och minne och drivs av samma neurologiska apparat. – Men hur lär vi oss egentligen ett språk? Det är oftast först när vi lär oss ett annat språk som vi inser hur svårt det är. Det som intresserar mig är just hur man lär sig ett språk när man redan har ett på plats. Hur samverkar och påverkar de olika språken varandra? Området är häpnadsvärt obeforskat, konstaterar hon. Myter och dubbelmoral Marianne Gullberg menar att det finns många myter kring språkinlärning och att många beslut med samhällsrelevans grundas på 161 felaktiga kunskaper. Hon pekar också på en märklig dubbelsyn när det gäller flerspråkighet. – Vi vill att våra barn ska lära sig engelska i låg ålder för tidig inlärning är bra. Men ett barn som är flerspråkigt på exempelvis turkiska och svenska betraktas som ett problem. Detta är ett märkligt förhållningssätt. Marianne Gullberg säger att all forskning slår fast att flerspråkighet är av godo. Och att det snarare är konstigt att bara prata ett språk i en global jämförelse. – Det är gympa för hjärnan och ger ett visst skydd mot demens. I världen i stort är flerspråkighet snarare norm än undantag. På många håll i Afrika talar små barn tre språk och när de börjar skolan lär de sig tre till. Gester med små skillnader Marianne har bland annat studerat svenskar som lärt sig franska och vice versa. Hon har inte bara tittat på hur de pratar utan också hur de gestikulerar och på så vis kunnat avfärda ytterligare en myt. 162 – Det visar sig att fransmän och svenskar gestikulerar lika mycket. Enligt henne är skillnaden att vi gestikulerar på olika sätt. Detta gör att vi uppfattar det som att fransmän pratar mer med händerna än vad vi svenskar gör. Fransmän använder dessutom oftare ansiktsuttryck och axlar. – Det rör sig om små, subtila skillnader. Fransmän är återhållsamma men använder sig av mer taktfasta gester, för att understryka det de säger. Att hon har utsetts till Wallenberg Scholar innebär att hon nu kan fördjupa sina studier kring vuxnas inlärning av nya språk. – Jag kan fortsätta följa processen från inlärning till fullfjädrad flerspråkighet. Marianne Gullberg Professor i psykolingvistik Wallenberg Scholar 2012 lärosäte Lunds universitet Humanistisk teknologi forskningsområde En aspekt av hur språk påverkar varandra är brytning. Marianne Gullberg och hennes forskargrupp kommer att titta närmare på bryning i ett nytt projekt. – Brytning är inte bara en fråga om uttal. Vi ska också studera hur gesterna påverkas eftersom betoning, intonation och rytm även sitter i händerna. Kan den som pratar perfekt franska men gestikulerar på svenska ändå uppfattas som en person som bryter? Till sin hjälp har hon olika teknologiska hjälpmedel i Humanistlaboratoriet i Lund. Där finns bland annat artikulografi som mäter tungrörelser, motion capture som mäter kroppsrörelser, och hjärnavbildningsteknik. – Vi kommer att spela in bland andra fransmän och svenskar som pratar varandras modersmål för att sedan testa vad som retar en »inföding« mest, avvikelser i tal eller gester eller både och. Efter tio år som forskningsledare vid Max Planckinstitutet för Psykolingvistik i Holland, rekryterades Marianne Gullberg år 2010 som vetenskaplig chef för Humanistlaboratoriet i Lund. – Det var ett erbjudande jag inte kunde motstå. Humlabbet har ingen motsvarighet i världen. Vi har forskare från alla discipliner utom juridik. Hennes forskargrupp innehåller flera nationaliteter och hon pratar själv ledigt sju språk. Trots att hemmet var enspråkigt och språkvariationen bara pendlade mellan halländska och skånska. Det har heller aldrig varit självklart att hon skulle bli forskare. – Jag hann jobba både som journalist och översättare och påbörja en tolkutbildning innan jag valde forskarbanan, berättar Marianne Gullberg. Vuxen andraspråksinlärning och flerspråkighet både i tal och gest; språkbearbetning inkl. neurologiska aspekter. priser i urval Eva och Lars Gårdings pris i Lingvistik 2010 övrigt Ledamot Kungl. Fysiografiska Sällskapet i Lund Ledamot Vetenskapssocieteten i Lund Vice-president European Second Language Association 2003–2007 Text Carina Dahlberg Bild Magnus Bergström Gunnar von Heijne Modellerar med livets arkitektur Byggde du mycket med lego när du var barn? Frågan dyker upp i huvudet när Gunnar von Heijne berättar om sin forskning. Han utforskar livets arkitektur, mer specifikt strukturen hos proteiner som vindlar sig genom cellernas väggar. Genom att byta ut proteinernas byggstenar lär han sig hur konstruktionen fungerar. Kroppens alla celler är omgivna av ett membran, en mur av skyddande feta molekyler som är ogenomtränglig för de flesta av kroppens övriga molekyler. Samtidigt behöver celler samspela med sin omgivning. Därför finns tusentals olika proteiner inbäddade i membranet. Vissa av dessa känner av och fångar upp hormoner och signalämnen, till exempel insulin, adrenalin och serotonin. Andra fungerar som transportörer. De släpper ut och in ämnen som cellen behöver, exempelvis socker, fett och salter. Membranbundna proteiner styr över många skeenden i cellen och cirka hälften av alla läkemedel verkar via dessa. Men det som fascinerar Gunnar von Heijne är inte proteinernas egentliga roll i kroppen, utan deras grundläggande arkitektur – varför de ser ut som de gör. − Det handlar mycket om hur det går till när proteinerna sätter sig i membranet, vad som bestämmer deras orientering, varför vissa delar av ett membranprotein hamnar på utsidan av cellen och andra på insidan, säger Gunnar von Heijne. »Det är en väldigt fin uppmuntran och en unik möjlighet att ta lite större risker i forskningen eftersom vi nu har bra finansiering fem år framåt. Kan man ha det bättre?« En kurs i franska ändrade kursen på forskningen Vad gör då att någon fångas av så intrikata biokemiska detaljer? Jo, ett intresse för franska. Gunnar von Heijne var nybakad civilingenjör i kemi och försökte som doktorand beskriva biologiska system med hjälp av matematiska metoder. Men som omväxling tog han en kvällskurs i teknisk franska på KTH. − Som doktorand behövde man inte betala och det var en rolig lärare. Det ledde till att jag började prenumerera på La Recherche, en fransk populärvetenskaplig tidskrift, säger Gunnar von Heijne. En dag läste han en artikel om proteiner i cellens membran. Proteiner är uppbyggda av tjugo olika varianter av aminosyror. 165 Dessa aminosyror sitter sammankopplade i långa kedjor. Artikeln handlade om Günter Blobel, en forskare i New York, som hade upptäckt att många membranbundna proteiner har en speciell sekvens av aminosyror i ena änden. Det var som en adresslapp, en signalsekvens, som visade att proteinet skulle transporteras till cellens membran. Gunnar von Heijne fångades av en illustration av förloppet som han tyckte verkade litet ologisk. Signalsekvensen i proteinets början var ritad som att den passerade tvärs igenom genom cellens membran och gick ut på andra sidan. Varför då? − Om signalsekvensen skulle interagera med membranet, borde det inte gå ut på andra sidan utan stanna i membranet. Det var något i teckningen som inte stämde, säger Gunnar von Heijne. Han angrep frågeställningen med matematiska metoder och gjorde bland annat en uppskattning av hur mycket kemisk energi 166 det skulle kosta för signalpeptiden att ta sig genom cellens membran. Många av aminosyrorna i signalpeptiden är feta. Därför trivs de bland allt fett i membranet och vill gärna stanna där. Energiåtgången blev ganska stor när signalpeptiden, i de teoretiska modellerna, lämnade membranet för att gå ut på andra sidan. Illustrationen i La Recherche var sannolikt felaktig. Gunnar von Heijne publicerade sina resultat i en vetenskaplig tidskrift och där snappades hans beräkningar upp av själva Günter Blobel, numera Nobelpristagare. Blobel imponerades av den nya infallsvinkeln; att man kunde räkna på biokemiska processer. − Jag blev inbjuden till en konferens på Long Island utanför New York. Det var många superkända cellbiologer där, men det förstod jag inte då, säger Gunnar von Heijne. Efter föredraget kom många fram och ville prata. För en ung doktorand var det en stor sak som gav mersmak. Han blev fast i de membranbundna proteinernas värld. − Jag hade lite tur som fick en så bra start. Jag blev känd som en av de första som försökte räkna på de här grejerna, säger Gunnar von Heijne Förutsägelser av proteiners arkitektur Ungefär samtidigt började forskare kunna studera gener på allvar. Varje gen innehåller en kod, som en ritning, för hur ett protein ska se ut. Från genkoden kunde Gunnar von Heijne förutsäga ordningen av aminosyror i membranbundna proteiner. Genom att med statistiska metoder jämföra en mängd proteiner, kunde han räkna ut deras arkitektur och beskriva hur de långa kedjorna av aminosyror slingrar sig fram och tillbaka genom cellens membran. De delar som befinner sig inuti själva membranet byggs upp av feta aminosyror. I de loopar som går på ut- och insidan, sitter istället laddade aminosyror. Gunnar von Heijne statistiska metoder blev kraftfulla verktyg som tusentals forskare världen började använda i studier av membranbundna proteiner. För att finslipa metoderna testar hans forskargrupp också teorierna i praktiken, genom experiment. De byter ut aminosyror i proteinerna och ser vad som händer med konstruktionen. På så sätt har kunskaperna kring de membranbundna proteinernas arkitektur blivit än mer detaljerade. Vad forskargruppen gör just nu? Jo, de har just hittat på en metod för att mäta med vilka krafter ett membran suger in en aminosyrakedja vid själva tillverkningsprocessen av ett protein. Forskargruppen fortsätter att ta fram kunskap som är grundläggande för att förstå några av livets viktigaste molekyler. Gunnar von Heijne Professor i teoretisk kemi Wallenberg Scholar 2012 lärosäte Stockholms universitet forskningsområde Membranbundna proteiners struktur priser i urval The Accomplishment by a Senior Scientist Award of the International Society for Computational Biology 2012 ERC Advanced Grant 2011 The van Deenen Medal, Utrecht University 2009 Göran Gustafssonpriset 1995 övrigt Ledamot av Kungl. Vetenskapsakademien Ledamot av Kungl. Ingenjörsvetenskapsakademien Ordförande i Nobelkommittén för kemi 2007–2009 Text Ann Fernholm Bild Magnus Bergström Carlos Ibáñez Molekyler med betydelse för fetma, diabetes och neurologiska sjukdomar Carlos Ibáñez beskriver sig själv som en molekylnörd. Genom att studera livets minsta byggstenar vill han hitta förklaringar till större biologiska sammanhang. Både när de fungerar som de ska, och när det går fel och sjukdomar uppstår. »Det här forskningsbidraget ger möjlighet att fortsätta jobba med högsta möjliga ambitionsnivå, att ta ut svängarna och pröva nya vägar i forskningen.« – I grunden är jag molekylärbiolog och vi är lite besatta av molekyler. Ofta hyser vi en nära relation till några speciella molekyler som vi vill veta allt om. Hur de fungerar, hur de binder till celler och hur de påverkar cellers funktion, förklarar Carlos Ibáñez som är professor i neurovetenskap med inriktning mot molekylär neurobiologi. Det är framförallt tillväxtfaktorer och deras receptorer, mottagarmolekyler på cellens yta, som har fångat hans intresse. De har stor betydelse för bland annat nervsystemets utveckling, signaleringen mellan celler samt kroppens ämnesomsättning, metabolism. Carlos Ibáñez sysslar med grundforskning, där sökandet efter ny kunskap står i fokus och eventuella tillämpningar kan ligga långt borta. Men för några år sedan insåg han att det finns en möjlighet att genetiskt konstgjorda tillväxtfaktorer i framtiden skulle kunna användas vid behandling av nervsystemets sjukdomar som exempelvis epilepsi, Alzheimers och Parkinsons. – Nervtillväxtfaktorer påverkar nervcellers överlevnad och tillväxt. Vi tror därför att om man kan förstå exakt hur det sker så kan man också utveckla nya läkemedel för flera sjukdomar som beror på att nervceller skadas. Forskningsgenombrott Nervtillväxtfaktorer finns över allt i kroppen, de fungerar som budbärare men det som gör dem riktigt intressanta är att budskapet, signalen, tolkas på olika sätt av cellerna. – Jag använder tillväxtfaktorerna lite som ett fönster för att titta in på större biologiska processer. Olika molekyler visar olika vyer som kan ge nya perspektiv och infallsvinklar. 169 Han menar att det mer handlar om tur och bra känsla om man hittar något som kan leda fram till ett forskningsgenombrott. Om det var det eller något annat som gjorde att Carlos Ibáñez och hans forskargrupp hittade något som ingen före dem gjort, är osagt. Men de har kunnat visa att en receptor kallad ALK7 har en central betydelse för hur kroppen reglerar både lagring av fett vid högt kaloriintag och frisättning av insulin i blodet. Något som öppnar för nya möjligheter när det gäller framtida behandling av både fetma och diabetes. – När vi först hittade receptorn, 1996, visste vi inte att den hade någon betydelse för metabolismen. Men vi upptäckte att om man tog bort receptorn hos möss gick insulinnivåerna upp samtidigt såg vi att de, trots att de fick en mycket energirik kost, inte gick upp i vikt på samma sätt som de möss som hade kvar receptorn. Det verkade som de utan receptorn blev resistenta mot fetma, berättar Carlos Ibáñez. Det visade sig att lipolysprocessen, den process som söndrar fettet, ökar när man tar bort ALK7. 170 Långt till användning Nu håller forskargruppen på att undersöka hur en muterad variant av ALK7 som de konstruerat, påverkar vuxna möss. Det finurliga är att receptorn kan styras och slås av och på i mössen och på så vis kan man bättre undersöka processen. – Genom att inaktivera genen skulle man, som det ser ut, kunna höja insulinnivåerna hos de med diabetes men även påverka energiupptaget. Vilket på sikt skulle kunna öppna nya vägar för behandling av fetma och diabetes. Men Carlos Ibáñez är noga med att understryka att en sådan behandlingsmetod för människor fortfarande är i sin linda. Dr. Jekyll och Mr. Hyde Under tiden som Wallenberg Scholar kommer han också att fortsätta sin forskning om receptorn P75 som reglerar nervtillväxtfaktorn. Carlos Ibáñez beskriver receptorn lite som Dr. Jekyll och Mr. Hyde. – Den har en god sida som gör att den ökar neuroners tillväxt och överlevnad, men också en dålig som gör att den i vissa fall fungerar tvärt om och istället minskar tillväxten eller dödar neuronerna och gliacellerna och bidrar på det sättet till neurologiska sjukdomar. Det motstridiga beteendet beror på vilka signalvägar receptor aktiverar och hur de balanseras mot varandra. Carlos Ibáñez vill hitta ett sätt att förhindra starten av den negativa processen. – Receptorn uttrycks tidigt i utvecklingen av nervsystemet men sedan tystas den för att endast dyka upp vid mindre neuronskador och städa bort döda celler. Men vid sjukdomar som Alzheimers, ALS, stroke eller epilepsi skapar den ohämmad celldöd som åstadkommer massiva skador. För att förklara hur processen går till tar han upp en sax. Saxens två ben illustrerar de två proteinkedjorna som receptorn P 75 består av. – Receptorn åstadkommer en rörelse som sätter igång den negativa processen. Om man kan stoppa den så kan man också stoppa celldöden. Carlos vill därför söka igenom, screena, tusentals små molekyler för att hitta en som stoppar rörelsen eller gör så att proteinkedjorna inte binds ihop. – På så vis skulle vi kunna behålla de positiva sidorna och undvika celldöd, förklarar han. Carlos Ibáñez Professor i neurovetenskap med inriktning mot molekylär neurobiologi Wallenberg Scholar 2012 lärosäte Karolinska Institutet forskningsområde Tillväxtfaktorer och deras receptorer priser i urval ERC Advanced Investigators Grant 2008 övrigt Ledamot av Nobelförsamlingen vid Karoliska Institutet Medlem av European Molecular Biology Organization (EMBO) Text Carina Dahlberg Bild Magnus Bergström Mikael Käll Han kastar nytt ljus över biologiska processer Med hjälp av ljus studerar Mikael Käll biologiska processer på nanonivå. Vi talar om dimensioner som är så små att de är svåra att föreställa sig. För att det överhuvudtaget ska vara möjligt använder han sig av optiska antenner bestående av guld- eller silverpartiklar som kan fokusera, förstärka och rikta ljusvågor. Mikael Käll, professor i fysik på Chalmers, forskar inom ett område som kallas bionanofotonik. Det är ett tvärvetenskapligt forskningsområde som grundar sig på biologi, nanovetenskap och optiska tekniker och som omfattar metoder för att med hjälp av ljus avbilda, spåra och påverka biologiskt material på en skala som är mycket mindre än ljusets våglängd. – Jag leder redan ett forskningsprojekt om optiska antenner som fått projektanslag av Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse. Som Wallenberg Scholar ska jag med antennerna som verktyg främst fokusera på biologiska molekyler, berättar Mikael Käll. Antennerna är mikroskopiskt små även om de inte är riktigt lika små som molekylerna – men nästan – det ryms i runda slängar 1 000 miljarder antenner i ett knappnålshuvud. Bytte forskningsinriktning »Det är verkligen en ynnest att få ett anslag som är så stort, fritt och långsiktigt att det faktiskt är möjligt att testa något verkligt nytt utan att känna pressen på att leverera kortsiktiga resultat.« Viljan att förstå hur världen är beskaffad gjorde att Mikael Käll redan innan han började gymnasiet var inställd på att bli forskare. Under sin doktorandtid undersökte han högtemperatursupraledare med hjälp av Raman-spektroskopi, som är en metod för att studera atomära vibrationer, men under sina postdokstudier tröttnade han på att hålla sig inom fysikens ramar. – Jag ville prova på något nytt. Så när jag kom tillbaka till Göteborg läste jag biologi på deltid. Under studietiden kom jag i kontakt med ytförstärkt Ramanspridning, som handlar om att använda metallnanopartiklar för att förstärka Raman-signalen från molekyler som fäst på metallytan. Jag och mina medarbetare visade att man kunde använda nanopartiklarna som extremt effektiva optiska antenner, så effektiva att man kan mäta Ramanspektra från enstaka proteinmolekyler. 173 Parallellt med biologistudierna startade Käll också ett forskningsprojekt om optisk mikroskopi på celler. – Förutom den biologiska anknytningen var det roligt att kunna kombinera experiment med teori och även se möjligheten till applikationer, menar Mikael Käll. Avslöjande färg Nyckelorden för Mikael Källs nuvarande forskning är optiska antenner och plasmoner. En plasmon är det resonansfenomen i metallnanopartikeln som, när den suger åt sig energin hos infallande ljus, möjliggör antenneffekten som utnyttjas i till exempel ytförstärkt Raman-spridning. – Olika partiklar, eller partikelkombinationer, ger olika antennresonanser vid olika ljusvåglängder som resulterar i en egen färg, förklarar Mikael Käll. Eftersom partikeln är själva resonanslådan beror dess färg på hur många elektroner som finns inne i partikeln, men också formen 174 och storleken och om någonting, till exempel en molekyl, har fastnat på partikeln påverkar. För synligt ljus har det visat sig att antenner av guld och silverpartiklar passar allra bäst. Mikael Käll använder sedan ljus för att skaka om partiklarna så att det uppstår egensvängning. – I Ramanspridningsfallet kommer ljuset vi skickar in mot molekylen som fäst vid nanopartikeln ut med en annan våglängd, så kallad inelastisk ljusspridning. När ljusets färg matchar partikelns färg sprids ljuset extra bra. Metoden fungerar som ett slags fingeravtryck för molekyler, förklarar Mikael Käll. Genom att forskarna också kan mäta exakt hur partiklarnas färg ändras när en molekyl fäster till ytan kan partiklarna användas som sensorer för biomolekyler för att till exempel hitta olika sjukdomsmarkörer. – Ett delprojekt är att göra antennstrukturer för att studera enstaka biologiska nanoobjekt, som protein och viruspartiklar, var för sig i realtid. Det skulle kunna öka kunskapen om olika biofysikaliska processer. Fågelskådning och forskningspolitik Mikael Käll är en av Chalmers mest citerade forskare. Han erkänner att det innebär en viss press. – Samtidigt kan man känna att man inte behöver bevisa så mycket mer. Man kan ha olika drivkrafter under sin karriär. Han berättar att vid sidan om sin forskning och undervisning har han också ett stort intresse för forskningspolitik. – Jag skulle vilja bidra till att förstärka förutsättningarna för att Sverige åter ska ligga i toppen. Hur man organiserar och finansierar forskning är grundläggande för de resultat man får. En parallell tråd, vid sidan om forskningen, i Mikaels liv är intresset för fågelskådning och ornitologi. – Jag blev en hängiven fågelskådare redan som barn. Jag reser mycket utomlands och varje år försöker jag vara reseledare för minst en resa. Under nyår gick den till Tanzania, berättar han. Mikael Käll sysslar framförallt med grundforskning som andra, i nästa fas, kan föra vidare till produkter och tillämpningar. Framtida möjliga användningsområden för de optiska antennerna är många: optisk analys av enstaka biomolekyler, effektivare solceller, ljusspjälkning av vatten till vätgas och nanooptiska sensorer som till exempel kan användas för analys av molekylära markörer för tidig sjukdomsdiagnos eller för studier av olika typer av materialförändringar på nanonivå är några exempel. Mikael Käll Professor i fysik Wallenberg Scholar 2012 lärosäte Chalmers tekniska högskola forskningsområde Fysik priser i urval Göran Gustafssonpriset i Fysik 2009 Framtidens forskningsledare 2005, Stiftelsen för Strategisk Forskning, SSF Text Carina Dahlberg Bild Magnus Bergström Kerstin Lindblad-Toh Hundens gener – nycklar till mänsklig sjukdom Extremt riktad avel har gett olika hundraser deras unika karaktärer. Liten, stor, rynkig, rufsig, lång och platt nos. Men aveln har också låst in olika sjukdomar i deras gener. Nu utnyttjar Kerstin Lindblad-Toh att rasen tollare får reumatism och att schäfrar får eksem för att hitta den genetiska grunden till motsvarande mänskliga sjukdomar. »Wallenberg Scholaranslaget betyder mycket på två olika sätt. Dels är det en validering av att det man göra är nyttigt och bra. Det andra är man kan använda Wallenbergpengarna lite friare än vanliga forskningsanslag. Det är inspirerande att kunna få testa nya idéer medan de är färska.« Storskaligt. Det ordet beskriver Kerstin Lindblad-Tohs forskning. När hon berättar om alla sina projekt är det som att hon befinner sig i ett genetiskt universum där allting är möjligt. Men så plötsligt ramlar hon ner på jorden, till veterinärkliniken på SLU eller till reumatologen på Akademiska sjukhuset. Där finns de patienter som driver henne framåt, människor och djur med genetiskt grundade sjukdomar. Hennes mål: att förstå vilka gener som fallerar så att det går att utveckla bättre diagnosmetoder och behandlingar. Vägen in i storskaligheten började för snart femton år sedan. Kerstin Lindblad-Toh hade en postdok-tjänst i Boston och undersökte genetiska variationer hos möss. En dag gick hon in till sin chef, den framstående genetikern Eric Lander, för att få stöd för en ny idé. Han kontrade med ett drömförslag: – Han sa: »Du kan leda sekvenseringen av musens arvsmassa så kan du leta efter fler sjukdomsvariationer«, säger Kerstin Lindblad-Toh. Möss är en av forskningens viktigaste modellorganismer och att få leda kartläggningen av arvsmassan var en enorm möjlighet. Helt plötsligt befann sig Kerstin Lindblad-Toh mitt i genetikens världscentrum. Andra däggdjur ger kunskap om människans arv Sedan dess har hon lett kartläggningar av 29 olika däggdjurs arvsmassa; ett nödvändigt steg för att bättre förstå människan. – När vi ser vilka delar av arvsmassan som är lika hos olika däggdjur, kan vi också förstå vad som är viktiga i människans arvsmassa, säger Kerstin Lindblad-Toh. Jämförelsen har varit avgörande för att hitta arvsmassans strömbrytare, de som styr vilka gener som ska slås på och av i en cell. 177 – Det är bland annat därför vi har kartlagt arvsmassan hos så många däggdjur. De flesta sjukdomsmutationerna kommer att ligga i de delar som är lika hos alla däggdjur, säger Kerstin Lindblad-Toh. Hon leder arbetet med ryggradsdjurens arvsmassor vid Broad Institute of Harvard and MIT i Boston, samtidigt som hon leder Science for Life Laboratory i Uppsala. Familjen bor därför på två ställen och tycker att de får ut det bästa av två världar. Hennes forskning vid Uppsala universitet syftar framförallt till att med hunden som utgångspunkt förstå mänskliga sjukdomar. – Hunden är en bra modellorganism för att hitta sjukdomsgener. De får cancer, diabetes, hjärt- och kärlsjukdomar, tvångssyndrom och inflammatoriska sjukdomar. Raserna har bildats på ganska 178 kort tid, kanske 100 år. När man har avlat har man valt ut beteenden, färg eller form. Men samtidigt har det omedvetet kommit med anlag för till exempel skelettcancer eller eksem, säger hon. Läkare, veterinärer och genetiker i unikt samarbete I Uppsala har hon utvecklat ett ganska ovanligt nätverk där alla har lite olika infallsvinkel på samma problem: – Vi har ett nära samarbete mellan hund- och människoläkare som pratar med varandra på ett konstruktivt sätt, säger Kerstin Lindblad-Toh. Läkare och veterinärer jämför sjukdomssymptom hos människa och djur. Sedan undersöker Kerstin Lindblad-Toh om orsaken till likheterna finns att spåra i generna. Ett pågående exempel är den reumatiska sjukdomen SLE, där immunförsvaret attackerar leder och organ. Här fungerar hundrasen tollare som modell. – Vi har hittat fem olika regioner i hundens arvsmassa som väldigt tydligt ligger till grund för den här sjukdomen, säger Kerstin Lindblad-Toh. Många av förändringarna verkar styra speciella immunceller, T-celler. Normalt ska de aktivera immunförsvaret mot sjukdomsframkallande virus och bakterier. Men vid SLE har T-cellerna snedtänt och vänder sig istället mot den egna kroppen. Nästa steg är att kartlägga SLE-sjuka människors arvsmassa. Hos människor kan sjukdomen ha lite olika ansikten. Vissa patienter får till exempel njurproblem, andra blir ljuskänsliga eller får stroke. Genom att studera dessa undergrupper hoppas Kerstin Lindblad-Toh hitta genetiska riskfaktorer som i förväg kan visa vilka patienter som löper risk att utveckla olika komplikationer. – Då kan man hjälpa patienterna på ett mer specifikt vis. Till exempel kanske man kan välja ut de som behöver få läkemedel för strokerisk, säger Kerstin Lindblad-Toh. På frågan om den genetiska orsaken till SLE är likartad hos människor och hund, svarar hon att hon inte kan prata om det. De data de har fått fram är ännu inte offentliga. Men efter lite påtryckning kommer ett hemlighetsfullt: – De första resultaten ser bra ut. Detta är bara ett exempel på alla de sjukdomar som Kerstin Lindblad-Toh har tagit sig an. Även inom detta område jobbar hon storskaligt: – Vi jobbar med en ganska stor mängd sjukdomar, 20–30 olika, säger hon. Bröstcancer, skelettcancer, lymfom, mastocytos, eksem, och periodiska febrar. För att nämna några. Kerstin Lindblad-Toh Professor i komparativ genomik, Uppsala universitet Wallenberg Scholar 2012 lärosäte Uppsala universitet och Broad Institute of Harvard and MIT forskningsområde Sjukdomsgenetik i däggdjur och människor. priser i urval Göran Gustafssonpriset 2013 ERC Starting Grant 2012 Lilly och Sven Thuréus pris 2010 Eric K. Fernströms pris 2009 European Young Investigator Award, EURYI, 2007 övrigt Ledamot av Kungl. Vetenskapsakademien Text Ann Fernholm Bild Magnus Bergström Richard Neutze Han filmar i molekylernas värld När fotografer omvandlade sekvenser av stillbilder till film fick det stort genomslag. Nu vill Richard Neutze göra samma sak – men på molekylnivå. Målet är att skapa filmer av de molekyler som styr och kontrollerar våra kroppar; av proteiners rörelser i celler. Kameran består av röntgenpulser som varar i tio miljondelar av en miljondels sekund. »Det är väldigt sällan man får en sådan möjlighet som det innebär att bli utsedd till Wallenberg Scholar. Vi kan bland annat modernisera vårt labb och använda de senaste teknikerna istället för metoder som är ett decennium gamla. Därmed kan vi också ta ett kliv upp och bli mer konkurrenskraftiga i vår forskning.« Richard Neutze visar upp en serie bilder av en häst som galopperar, tagna av pionjärfotografen Muybridge. 1872 hjälpte han den amerikanske affärsmannen Leland Stanford med en numera berömd frågeställning: släpper en häst alla hovar från marken någon gång under galoppsprånget? Muybridge satte upp kameror i en lång rad efter en galoppbana och riggade en utlösningsanordning som gjorde att varje kamera tog en bild precis när hästen sprang förbi. När sekvensen av bilder sattes ihop, blev det till en film. Hästen flyger otvetydigt mitt i språnget. Richard Neutzes mål är att göra samma sak; att använda en stillbildsteknik för att göra film. Experimenten sker på samma marker som Muybridges häst galopperade på: några kilometer utanför Stanford University, grundat av Leland Stanford, i Kalifornien. − Stanford sponsrade Muybridge att göra detta, och nu har Stanforduniversitetet byggd den första fria elektronlasern, säger Richard Neutze, som är professor i biokemi vid Göteborgs universitet. En tre kilometer lång kamera Den fria elektronlasern, kallad Linic Coherent Light Source, är den kamera som Richard Neutze använder. När den blev färdig år 2009, var den världsunik. Den består av en tre kilometer lång tunnel där forskare accelererar elektroner, som slutligen omvandlas till en röntgenlaserstråle av extremt hög energi. Med hjälp av denna laser hoppas Richard Neutze kunna följa proteiners rörelser. − Våra kroppar styrs av det som sker på molekylnivå och vi vill förstå hur det fungerar, säger han. 181 Forskare har länge använt röntgenstrålar för att ta stillbilder av proteiner. De skickar röntgenstrålarna genom kristaller av proteiner. Inuti kristallerna ligger proteinerna packad i regelbundna mönster, som vatten i en iskristall eller kol i en diamant. När röntgenstrålarna går genom kristallen träffar de proteinerna och sprids. Utifrån mönstret på spridningen kan forskare ta fram en tredimensionell bild av exakt hur proteinet ser ut på atomnivå. Det häftiga med frielektronlasern är att den lyser med strålar som är över en miljard gånger kraftigare än de röntgenstrålar forskare hittills har haft tillgång till. − Tidigare har vi gått med en rullator, men nu kan vi färdas med ljusets hastighet, säger Richard Neutze. Motivet exploderar – men bilden finns kvar Strålen är så stark att den spränger sönder själva proteinkristallerna. Detta sker inom loppet av mindre än en pikosekund. Därför borde den egentligen inte gå att använda. Men år 2000, när 182 Richard Neutze tillsammans med sin dåvarande mentor, Janos Hajdu vid Uppsala universitet, började drömma om att avbilda proteiner med laserröntgen, räknade de ut att om pulsen var riktigt kort, några femtosekunder (en miljondel av en miljarddels sekund) skulle de hinna fånga en bild av kristallen innan den exploderade. När frielektronlasern 2009 stod klar kunde Richard Neutze och Janos Hajdu äntligen pröva sina idéer i praktiken. Tanken visade sig snabbt vara riktig. Det går att ta bilder av proteiner och den kraftiga strålen ger en stor fördel: proteinkristallerna (som ofta är svåra att få fram) kan vara upp emot en miljon gånger mindre än tidigare. − Vi kan fokusera den 132 meter långa laserstrålen mot ett objekt som är ner mot 100 nanometer stort. Den här tekniken är absolut häpnadsväckande, säger Richard Neutze. Hans forskargrupp har redan utnyttjat detta. De lyckades ta fram en bild av ett protein som är inblandat i afrikansk sömnsjuka. Kristallerna var enormt små och hade aldrig gått att analysera med traditionell teknik. − Det här var första gången som vi lärde oss något nytt från femtosekundskristallografi. Tidskriften Science plockade upp detta och utsåg det till ett av tio vetenskapliga genombrott under 2012, säger Richard Neutze. Vill filma ett protein som fångar ljus Nästa steg är att få fram en film. Denna gång av ett protein som fångar upp ljus och som är inblandat i bakteriers fotosyntes. De minimala kristallerna sprayas in i femtolasern. Men i luften, precis innan de träffas av lasern, skjuter forskarna på proteinkristallerna med en annan laser. När fotosyntesproteinet träffas av laserljuset kommer det att aktiveras, precis som det gör i naturen. Det uppstår en rörelse som fångas på bild när kristallen i nästa pikosekund far in femtolasern. Genom att ändra tidsintervallet mellan laserstrålarna kan forskarna fånga olika ögonblick av proteinets rörelse, på samma vis som Muybridge fångade olika ögonblick av hästens galopp. Samtidigt som Neutzes tankar liknar Muybrides, finns det stora skillnader. Muybridge tog runt 15 bilder med sina kameror. Richard Neutze matar in tiotusentals kristaller i femtosekundslasern. De vänder och vrider sig i luften och han får bilder från alla olika håll och kanter. Ett enda experiment leder till hundratusentals bilder som, processade av en dator, ger en film som har något som Muybridges film inte hade: den är tredimensionell. Richard Neutze Professor i biokemi Wallenberg Scholar 2012 lärosäte Göteborgs universitet forskningsområde Dynamik i membranproteiners struktur priser i urval Hugo Theorells pris i biofysik 2012 Arrhenius-Plaketten, Svenska Kemistsamfundet 2012 övrigt Ett av tio vetenskapliga genombrott år 2012, tidskriften Science Erskine Fellowship, University of Canterbury 2012 Framgångsrik forskningsledare 2011, Stiftelsen för Strategisk Forskning, SSF Text Ann Fernholm Bild Magnus Bergström Ove Nilsson Han vill förstå – och styra – träds blomning och tillväxt Med hjälp av ett oansenligt ogräs har Ove Nilsson gett världen ny kunskap om växter och träds blomning och knoppsättning. Bland annat har han visat att en gen kan få träd att blomma efter några månader i stället för som brukligt efter 10–15 år. Kunskaper som nu också börjat användas vid trädförädling. Ogräset är backtrav, eller Arabidopsis thaliana, som det heter på latin. Det är en ettårig ört som växer i hela Sverige. Ove Nilsson har med sin forskning bidragit till att den blivit en accepterad modellväxt, växtbiologins motsvarighet till bananflugan. Eftersom arvsmassan är relativt enkel kunde forskarna avläsa den tidigt och nu är också alla gener kartlagda. Backtrav blommar redan två veckor efter grodd medan det tar ett träd 10 till 15 år att blomma. Trots det finns det likheter. – Jag har visat att man kan tillämpa kunskap från backtrav på träd och att man kan styra blomningen, berättar Ove Nilsson. Granen i blickpunkt »Wallenberg Scholar innebär att jag kan jobba mer långsiktigt och ta större risker. Det är perfekt för mig eftersom forskning på träd tar lång tid.« Som Wallenberg Scholar kommer Ove Nilsson, professor i skoglig genetik och växtfysiologi, vid Sveriges lantbruksuniversitet, SLU, och Umeå Plant Science Centre, UPSC, att fortsätta sitt forskningsspår men också utvidga det till att omfatta gran. – Granen har visat sig vara helt annorlunda ur blomningssynpunkt. Eftersom man tror att den genetiskt har förändrats relativt lite under de senaste 200 miljoner åren så blir det ännu mer intressant. Att studera granen innebär att man kan gå tillbaka i evolutionen. Genom att studera kedjan gran, asp och backtrav hoppas Ove och hans medarbetare att få en bättre uppfattning om hur genernas funktion har utvecklats. – Det finns också en viktig möjlig tillämpning, om vi får granen att blomma tidigare kan vi korta tiden för växtförädlingen som kan effektivisera granens egenskaper. Men han konstaterar att det är en bit kvar innan det kan bli verklighet samtidigt som möjligheterna ökar genom de 185 kunskaper som kommer från kartläggningen av granens genom, ett projekt som finansieras av Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse och som också leds av Ove Nilsson. Genetik, dagsljus och temperatur På UPSC, som drivs gemensamt av SLU och Umeå universitet, finns växthus och klimatkammare som gör det möjligt att simulera olika årstider och reglera växternas dagsljus. UPSC har också världens största biobank för transgena växter. – Det är väldigt viktiga verktyg för mig. Jag studerar bland annat längden på tillväxtsäsongen, när växter sätter knopp på hösten och när de spricker på våren. Central i Ove Nilssons forskning är FT-genen. – Det är FT-genen som, beroende på de omvärldssignaler den får, styr blomningstiden, förklarar Ove Nilsson. De viktigaste signalerna är dagsljus och temperatur. Många vårblommande växter behöver en period av kyla för att inte börja blomma igen redan under hösten. Forskningsgenombrott med vinterbeta Många grödor har förädlats till vintergrödor, så att man kan utnyttja hela tillväxtsäsongen, men en av de man gått bet på är – sockerbetan. 186 Ove Nilssons forskargrupp lyckades ta fram en vinterbeta i samarbete med ett företag. Något som också blev ett grundforskningsgenombrott. – Nyckeln var att vi lyckades förstå hur blomningen kontrollerades. Jämfört med backtrav var det en helt ny princip. Den gen, FT-genen, som styr blomningstiden visade sig vara dubblerad i sockerbetan. Medan den ena genen stimulerade blomningen bromsade den andra den. – Det är balansen mellan dem som avgör när blomningen sker. Genom att byta två aminosyror lyckades vi byta funktion mellan generna, och genom att göra »bromsgenen« mer aktiv så fick vi en beta som kan sås på hösten, något som kan leda till stora produktionsökningar genom att tillväxtsäsongen utnyttjas bättre. Ove Nilsson Professor i skoglig genetik och växtfysiologi Wallenberg Scholar 2012 lärosäte Oväntad upptäckt Sveriges lantbruksuniversitet Det var också FT-genen som låg bakom upptäckten att det går att styra blomningen som man vill även i träd. – Vi upptäckte att genen blev mer aktiv ju äldre trädet blev. När vi prövade att slå på den direkt, i en asp under trädets uppväxt, visade den sig ha samma effekt som i backtrav, den satte i gång blomningen. Ove Nilsson och hans grupp placerade sedan aspträden i en klimatkammare med höstljus eftersom de ville få dem att gå i vila och sätta knopp. Men då skedde något mycket oväntat. – Träden fortsatte att växa och vägrade att sätta knopp. Det var den första indikationen på att FT-genen gör något mer. Eftersom dess aktivitet styrs av längden på dagen styr den också när träden slutar växa och sätter knopp på hösten. Genen har liknande funktion hos andra växter. Genom att den kontrolleras av dagslängden så styr den till exempel också när vissa potatissorter bildar sina knölar. – Det visade sig att FT-genen är kopplad till alla processer som regleras av längden på dagen. För träd är det extremt viktigt för överlevnaden att dagslängden styr när de sätter knopp. En asp i Tyskland sätter knopp när dagsljuset är kortare än 15 timmar medan den i Umeå gör det redan vid 21 timmar. – Ett träd som flyttas från Tyskland till Umeå överlever inte vintern eftersom det inte får signalen att förbereda sig för vintern i rätt tid, konstaterar Ove Nilsson. Han vill nu kartlägga FT-genens exakta funktion. – Vi vill gå vidare och hitta andra likheter och olikheter mellan blomning och knoppsättning eftersom de styrs av samma gen. forskningsområde Växternas utvecklingsbiologi, med tyngdpunkt på de mekanismer som styr växternas blomning. priser i urval Marcus Wallenbergpriset 2007 Framtidens forskningsledare i akademi och industri 2001, Stiftelsen för Strategisk Forskning, SSF Text Carina Dahlberg Bild Magnus Bergström Patrik Rorsman Förklaring till diabetikers svängiga blodsocker Antalet personer med diabetes ökar lavinartat. Blodsockret börjar svänga när hormonet insulin slutar fungera som det ska. Mindre känt är att halterna av hormonet glukagon också är rubbade och bidrar till blodsockrets toppar och dalar. Patrik Rorsman kartlägger hur utsöndringen av glukagon regleras i kroppen och vilken roll det spelar vid diabetes. »Att bli utsedd till Wallenberg Scholar innebär att jag kan göra det som är lite vansinnigt. Det är för mycket ›bread-andbutter‹ i forskningen i dag. Man gör forskning kortsiktigt för att man måste ha något att rapportera. Men det är inte vägen framåt. Wallenberg Scholar innebär att man får lite friare händer och kan prova projekt med större risk«. Den lilla elektroden får bara nudda cellens yta. Därför måste den styras väldigt försiktigt under mikroskopet. Små, små steg. Bara 0,1 mikrometer i taget. När elektroden äntligen får kontakt buktar cellytan inåt. Sen – plötsligt – smälter elektroden samman med cellen. Nu kan mätningarna börja. – Den här tekniken gör att vi kan registrera väldigt små strömmar som flyter genom cellers jonkanaler, säger Patrik Rorsman, professor vid Göteborgs universitet. Metoden han använder kallas för patch-clamp. Tack var den har han lyckats ta fram grundläggande kunskaper kring hur kroppen reglerar sockernivåerna i blodet. Det är en finstilt balansgång som framförallt styrs av hormonerna insulin och glukagon. Insulin ser till att nivåerna sjunker, medan glukagon får nivåerna att stiga. Men att Patrik Rorsman överhuvudtaget blev forskare, och att han har ägnat sig åt att kartlägga dessa hormoner, är en ren slump. Låt oss ta historien från början. Ett dåligt samvete öppnar nya möjligheter När forskarna Bert Sakmann och Erwin Neher 1982 lyckades mäta de ofattbart små strömmar som går genom enskilda celler, spred sig ryktet snabbt i den cellbiologiska världen. Man insåg att det var ett stort genombrott. Till exempel kunde man plötsligt mäta de strömmar som får nervsignaler att gå fram i vår kropp. Unga forskare från hela världen ville komma till det tyska laboratoriet och ta del av guldgrävarandan. Men få lyckades ta sig genom nålsögat. Patrik Rorsman, däremot, halkade in som på ett bananskal: – Sakmann skulle hålla ett föredrag i Stockholm, men han glömde helt bort det. Jag hade inget med föredraget att göra, men 189 han måste ha känt nog någon slags skuld till Sverige. Han sa att: »den där svensken får väl komma hit då«. Så fick Patrik Rorsman chansen att testa sina vingar på Sakmanns laboratorium och lära sig den nya tekniken, som ganska snart belönades med Nobelpriset. Det var meningen att Patrik Rorsman skulle mäta strömmar i pulserande hjärtmuskelsceller. Men personligen intresserade han sig mer för diabetes som sjukdom. En dag, när hans labbhandledare var borta, passade han på att isolera insulinproducerande celler, så kallade betaceller, från bukspottkörtelns langerhanska öar. Sakmann råkade gå förbi. 190 Han tittade på cellerna i mikroskopet och konstaterade att de såg bra ut. De skulle passa för patch-clamp-mätningar. – Detta var på fredagskvällen och vi bestämde att vi skulle göra det på lördagen. När vi dagen efter träffades, gjorde han en registrering på cellerna och det var väldigt mycket aktivitet i dem, säger Patrik Rorsman. En ström av joner gör så att insulin frisätts Insulinfrisättning, en fundamental process i kroppen, visade sig bero på att det strömmar joner genom cellens vägg, det så kallade membranet. När betacellerna bryter ner sockerarten glukos triggas en kedja av reaktioner som leder till att halterna av positivt laddade kaliumjoner ökar inuti cellen. Det bildas en spänning över cellens membran som gör att en kanal för en annan slags jon, kalciumjoner, öppnas i membranet. När kalciumjoner flödar ut ur cellen skapas den ström som Patrik Rorsman och Bert Sakmann kunde mäta. Strömmen gör att cellen släpper ut insulin i blodet. Patrik Rorsman kunde snart visa att två diabetesläkemedel, tolbutamid och diazoxid, påverkar kaliumjonkanalerna. Ingen hade tidigare vetat varför dessa substanser påverkar insulinutsöndring. Insikten om att patch-clamp kan ge så grundläggande kunskaper gav blodad tand. Patrik Rorsman bestämde sig för att överge sina läkardrömmar och istället bli forskare. Glukagon bidrar till svängigt blodsocker hos diabetiker Snart började han också studera insulinets motpart i kroppen, hormonet glukagon. Även det frisätts från bukspottkörteln, men från alfaceller. – Alfacellerna har varit svåra att studera för det finns så få av dem. Men vi har lärt oss med tiden, säger Patrik Rorsman. De tio senaste åren har han arbetat vid Oxford University med fokus på glukagon. Patch-clamp-mätningar visar att diabetikers alfaceller reagerar fel. Hos en frisk människa frisätts glukagon när blodsockret blir lågt. Glukagon ser till att levern tillverkar mer socker. Men hos diabetiker frisätts inte glukagon, därför sjunker blodsockret till för låga nivåer. Däremot släpper alfacellerna ut glukagon när blodsockret är högt och då bidrar istället hormonet till att höja blodsocker. Detta gör att blodsockret blir svängigt och svårt att reglera. Som nyutnämnd Wallenberg Scholar kommer Patrik Rorsman flytta hem till Sverige, till Göteborgs universitet. Han ska fortsätta söka kunskap kring diabetes som sjukdom. Dessutom ska han äntligen få »tjöta« lite igen. Det längtar han efter. Patrik Rorsman Professor Wallenberg Scholar 2012 lärosäte Göteborgs universitet (Oxford University) forskningsområde Frisättning av insulin och glukagon från de langerhanska öarna hos friska individer och personer med diabetes priser i urval Minkowski Prize 1996 Göran Gustafssonpriset 2003 övrigt Medlem av The Academy of Medical Science i England. Text Ann Fernholm Bild Magnus Bergström Mathias Uhlén Människan ska få en innehållsförteckning De senaste tio åren har Mathias Uhlén lett ett av de största vetenskapliga projekten i Sveriges historia: att kartlägga kroppens alla proteiner. Projektet har genererat en enorm bank av data. Som nyutnämnd Wallenberg Scholar vill han nu dyka in i alla detaljer och skapa en helhetsbild av kroppens fantastiska maskineri. Alla data ska bli till kunskap. »Wallenberg Scholar är den finaste utnämningen som man kan få som forskare i Sverige. Det visar att det man gör är uppskattat bland kollegor. Det ger mig också en möjlighet att fortsätta ta fram kunskap kring människans biologi och sjukdomar. Jag vill omvandla alla data i proteinatlasprojektet till kunskap.« Vad är det som gör en njure till en njure? Och vad gör hjärtat till ett hjärta? All celler, oavsett om de sitter i en njure eller hjärtat, innehåller exakt samma arvsmassa och samma gener. Men olika gener är aktiva i de olika cellerna. Det leder till att cellerna får helt olika funktion. Vissa blir till nerver, andra börjar producera insulin. Om forskare ska förstå hur våra kroppar fungerar är det i dessa olikheter de måste börja rota. Mathias Uhlén, professor i mikrobiologi vid KTH, har fokuserat på just detta under de tio senaste åren. Han har drivit det gigantiska projektet »Human Protein Atlas«; en kartläggning av alla människans proteiner. Varje gen är en kod för hur ett protein ska se ut. Sedan är det proteinerna som står för all verksamhet i kroppen. De bygger muskler och bindväv, katalyserar kemiska reaktioner, skickar signaler kors och tvärs och mycket mer. I proteinatlasprojektet har forskarna kartlagt i vilka organ olika proteiner finns. I dag har de samlat data kring tre fjärdedelar av kroppens över tjugotusen proteiner. – Det har varit lite av en fabrik. Det jag nu skulle vilja göra, är att ta ett steg bort från alla detaljer och försöka förstå människans biologi på ett mer holistiskt vis. Om vi jämför med till exempel en bil, så kanske det krävs 10 000 delar för att göra en växellåda. Jag vill på samma vis förstå hur innehållsförteckningen för till exempel en njure eller en lever ser ut, säger Mathias Uhlén. Alla celler är överraskande lika En av de insikter som har vuxit fram genom proteinatlasprojektet är att majoriteten av alla kroppens proteiner är närvarande i alla celler. – När jag började det här projektet för tio år sedan trodde jag att de proteiner som till exempel finns i hjärtat skulle skilja sig 193 från de som finns i hjärnan. Men det som blir allt mer uppenbart är att få proteiner, bara cirka 10 procent, är vävnadsspecifika. Dessa är mer ett undantag än en regel. Över hälften av alla proteiner uttrycks överallt i kroppen, säger Mathias Uhlén. Han menar att med facit på hand, kanske detta hade gått att förutspå. Väldigt många av de gener som vi bär på, finns också i mycket mer primitiva organismer som till exempel bananflugor eller jästceller. Alla celler, oavsett organism, använder besläktade gener för att till exempel generera energi eller reparera sin arvsmassa. Dessa nödvändiga gener kallas för »housekeeping genes«. De står för rutinunderhållet. 194 Den här insikten, att kroppens celler är mer lika än olika, spelar stor roll för utvecklingen av nya läkemedel. – Det här får stora konsekvenser. Om man utvecklar en medicin mot ett protein som är inblandade njursjukdom, kanske dessa proteiner också finns i hjärnan. Det kan ge allvarliga biverkningar, säger Mathias Uhlén. Detta förklarar också varför så många av våra nuvarande läkemedel ger biverkningar. Vill undersöka vad som skiljer friskt från sjukt Mathias Uhlén Genom sina stora kartläggningar hoppas dock Mathias Uhlén kunna hitta proteiner som både är sjukdomsspecifika och organspecifika. Förutom att ta fram en innehållsförteckning för olika viktiga organ vill han ta fram innehållsförteckningen för olika sjukdomstillstånd. – Jag vill till exempel förstå hur en njure fungerar både under normala förhållanden och när det sker förändringar. Alla läkemedel är riktade mot proteiner i kroppen. Att förstå vilka proteiner som är inblandade vid sjukdom, är att förstå läkemedelsutvecklingen i framtiden, säger Mathias Uhlén. Ett annat framtida mål är att hitta proteiner som kan skvallra om att en sjukdom är på väg att utvecklas. – Min dröm är att man ska ta ett blodprov en gång om året och att man med hjälp av detta kan upptäcka en sjukdom långt innan den bryter ut. Det är många sjukdomar som skulle vara bra att upptäcka innan symptomen kommer. Om du till exempel hittar vissa cancerformer tidigt, har du 90 procents chans att överleva. Hittar du dem sent har du 10 procents chans. Genom att diagnostisera sjukdomarna i ett tidigare stadium kan man alltså gå från 10 procents överlevnad till 90 procents, utan att behöva ta fram några nya läkemedel, säger Mathias Uhlén. Professor i mikrobiologi, KTH Professor i Molecular Bioscience Danmarks Tekniske Universitet Wallenberg Scholar 2012 Forskning är det bästa som finns Vid sidan av sin professorstjänst på KTH, har Mathias Uhlén en tjugoprocentig professur vid Danmarks Tekniske Universitet i Köpenhamn. Dessutom leder han arbetet vid det nybyggda Science for Life Laboratory i Solna. 350 forskare har fyllt den stora runda byggnaden och nu står en lika stor byggnad klar att fyllas av lika många forskare. Detta tar mycket tid. – Men att bli utnämnd till Wallenberg Scholar gör det möjligt för mig att fortsätta göra det jag älskar. Ju äldre jag blir, desto mer förtjust blir jag i forskningsprocessen, säger Mathias Uhlén. lärosäte KTH och Danmarks Tekniske Universitet forskningsområde Skapar en atlas över alla mänskliga proteiner priser i urval Apotekarsocietetens Scheelepris 2007 KTH:s stora pris 2006 The HUPO Distinguished Award 2006 AkzoNobel Science Award 2005 Serafimermedajen 2004 Ingenjörsvetenskapsakademiens guldmedalj 2003 Göran Gustafssonpriset 1993 övrigt Ledamot av Kungl. Ingenjörsvetenskapsakademien Ledamot av Kungl. Vetenskapsakademien Medlem av European Molecular Biology Organization (EMBO) Medlem av National Academy of Engineering (NAE), USA Text Ann Fernholm Bild Magnus Bergström
© Copyright 2024