21,5 mio. kr. til nye naturvidenskabelige ideer

Af Birgitte Svennevig, birs@sdu.dk, 19-05-2020

Igen i år har Danmarks Frie Forskningsfond uddelt støtte til nye originale ideer i de danske forskningsmiljøer.

I alt 202 projekter har fået støtte, heraf 17 på SDU. Ni af disse er forskere fra Det Naturvidenskabelige Fakultet. De yderligere modtagere er seks forskere fra Det Sundhedsvidenskabelige Fakultet, én fra Det Tekniske Fakultet og én fra Det Humanistiske Fakultet.

Der er i alt uddelt støtte for 696 millioner kroner. Forskningsprojekterne spænder bredt. Fra grundforskning til virksomhedssamarbejder. Fra det konkrete til det abstrakte.

– Danmark har en stærk forskningsbase, og vi ser år efter år, at niveauet ikke bare er højt, men excellent. Det ser vi blandt andet ved, at antallet af ansøgninger og bevillinger har været stigende de senere år – det bunder i såvel stor interesse som kvalitet. Særligt for årets uddelinger har vi set en mangfoldighed og en tendens til samfundsengagement i projekterne, hvor flere projekter kerer sig om vores fælles bedste, siger David Dreyer Lassen, bestyrelsesformand i Danmarks Frie Forskningsfond.

De ni bevillinger til Det Naturvidenskabelige Fakultet

Kim Skak Larsen, Institut for Matematik og Datalogi, 770.400 kr. Online Algorithms with Machine Learning Predictors.

Automatiseret læring (machine learning) vinder udbredelse til løsning af mange praktiske problemer. Metoderne fokuserer på at lære fra større mængder kendt data og derudfra foreslå god respons til nye lignende problemstillinger. Man kan opnå gode resultater i almindeligt forekommende situationer, men det er også et kendt problem, at det kan gå helt galt på afvigende data. Omvendt forholder det sig med klassisk analyse indenfor såkaldte online algoritmer. Her er fokus på absolutte garantier for kvaliteten af respons, hvilket er vigtigt i forbindelse med planlægning og sikkerhed, men det nødvendiggør også fokus på afvigende, ikke ofte forekommende situationer. Med garantier som ens algoritmiske designmål kommer der mindre fokus på de mest frekvente situationer.

I dette projekt vil vi kombinere automatiseret læring og online algoritmer. Vi vil designe online algoritmer, der kan bruge automatiseret læring som en lukket delkomponent. Komponenten vil fungere som en slags rådgiver, der ofte lyttes til, men ikke ukritisk, da vi netop ønsker minimumsgarantier fra det samlede system.

Online-algoritme-gruppen på SDU er førende inden for online algoritmer og specielt inden for kvalitetsmål, herunder advice-kompleksitet, som også er komponentbaseret. Vi har derfor et enestående udgangspunkt for det foreslåede arbejde. De konkrete problemstillinger, der arbejdes med, fokuserer på resourceoptimering, og algoritmiske forbedringer leder derfor til mindre materialespild, forurening eller energiforbrug.

Ole Nørregaard Jensen, Institut for Biokemi og Molekylær Biologi, 2.878.560 kr. High-definition epiproteomics profiling of chromatin binding proteins by ion mobility spectrometry.

Proteiner er fundamentale byggesten i levende celler, væv og organismer. Produktionen af proteiner i celler reguleres af protein-DNA-vekselvirkninger, som involverer transkriptionsfaktorer og epigenetiske enzymer, som genkender DNA-sekvenser og chromatin-bindende proteiner, herunder histoner.

Massespektrometri anvendes til proteomanalyse, dvs. studier af proteiners egenskaber, aktivitet og vekselvirkninger i komplekse biologiske systemer. Vi vil undersøge, hvordan cellens DNA-protein-vekselvirkninger reguleres ved post-translationelle modifikationer (PTM’er). Vi vil udvikle en ny højfølsom bioanalytisk metode, som er baseret på kombinationen af ion-mobilitet-spektrometri (IMS) og massespektrometri.

I samarbejde med en amerikansk kollega vil vi installere og teste planar FAIMS-teknologi på et avanceret massespektrometer på SDU. Dette giver mulighed for hidtil uset nøjagtighed, selektivitet og specificitet i målinger af histon- og chromatin-proteiner og deres regulatoriske PTM’er.

Ole Nørregaard Jensen, Institut for Biokemi og Molekylær Biologi, 2.878.560 kr. Single Cell Proteomics.

Karakterisering af individuelle celler er en udfordring, som inden for de seneste år er blevet belyst fra flere sider ved hjælp af mikroskopi, immunologiske metoder og next-generation DNA/RNA- sekventering.

I dette projekt vil vi udvikle en helt ny massespektrometri-baseret teknik til måling og kortlægning af proteiner i enkeltceller (single cell proteomics). Fordelen ved denne massespektrometri-baserede metode er, at vi kan måle såvel protein-grupper som post-translationelle modifikationer, som til sammen beskriver en celles tilstand, dvs. om cellen er sund eller syg, og om cellen er i vækst og udvikling.

Enkeltcelleanalyse stiller store krav til prøveforberedelse, da der er tale om picogram-mængder protein i meget små volumener. Vi vil udvikle lab-on-chip-teknikker, som kan kobles direkte til elektrospray-ioniserings-tandem-massespektrometri (ESI-MS/MS), hvorved proteiner i enkeltceller kan analyseres og proteiner identificeres og kvantiseres. Single cell proteomics vil blive anvendt til identifikation og klassificering af celler og på længere sigt til diagnostik af sygdomme, for eksempel ved analyse af enkeltceller isoleret fra blod.

Fabrizio Montesi, Institut for Matematik og Datalogi, 2.341.440 kr. Generic Microservices (Gems).

At kunne gemme vores data i skyen, få adgang til borgerservice via internettet og opvarme vores bil fra stuen er helt sikkert praktisk. Men er det pålideligt? Hvad hvis nogen andre kan gøre disse tjenester utilgængelige? Hvad hvis de kan få adgang til vores data uden tilladelse?

Beskyttelse af digitale tjenester er et af århundredets problemer, og ideelt set bør vi løse dette problem uden at komme i vejen for innovation. Desværre er førende programmeringsteknologier til pålideligt software ikke veludstyret til at udvikle genanvendelige produkter til servicebeskyttelse.

Formålet med dette projekt er at lægge det nødvendige videnskabelige grundlag for at gøre dem til det. Dette vil muliggøre et nyt marked for produkter, som softwareproducenterne vil kunne anvende i stor skala til beskyttelse af digitale tjenester ved hjælp af forskellige teknikker, hvilket i sidste ende gør vores digitale liv mere effektivt, pålideligt og sikkert.

Vi vil nå vores mål gennem en unik kombination af teori og praksis. Vi vil starte med at definere en matematisk ramme for definitionen af servicebeskyttelsesteknikker og bruge den som model til at opbygge en ny prototype af programmeringsteknologi til genanvendelig software, der beskytter digitale tjenester. Vores resultater vil blive evalueret i internationale samarbejder med verdensledende videnskabsfolk, og prototypen vil blive præsenteret for dansk industri via Danish Hub for Cyber Security og relevante selskabsforeninger.

Martin S. Sloth, Institut for Fysik, Kemi og Farmaci, 2.141.280 kr. Solving the Hubble Constant Problem.

Nye observationer af, hvor hurtigt universet ekspanderer, udfordrer vores forståelse af universet. ESA’s Planck-satellit lavede i 2009-2013 de mest præcise målinger, vi har af den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling, som er et levn fra selve Big Bang. Fra de målinger kan vi – hvis vi antager, at vores model for universet er korrekt – udlede ekspansionsraten af universet i dag (kaldet Hubble-konstanten). Vi kan også måle ekspansionsraten af universet i dag direkte ved hjælp af supernova-observationer.

Problemet er, at de to metoder ikke giver det samme resultat. Deraf konkluderer vi, at vores model for universet er ukorrekt. Det er det, vi kalder Hubble-konstant-problemet med standardmodellen (Lambda-CDM-modellen) for vores univers.

I dette projekt foreslår vi en simpel, ny løsning til Hubble-konstant-problemet. Vi foreslår, at hvis der har fundet en førsteordens faseovergang sted i det tidlige univers, kan det forklare forskellen mellem de to typer af målinger. Lige før faseovergangen finder sted, vil universet have en lille smule mere mørk energi end i dag, som så forsvinder i selve faseovergangen. Dette kan forklare forskellen på den ekspansionsrate, vi udleder fra observationer af det tidlige og det sene univers. Faseovergange er dramatiske begivenheder, der også vil lede til gravitationsbølger. Vi vil også beregne spektret af gravitationsbølger i universet, som teorien forudsiger, under antagelse af, at det vil kunne bruges til eksperimentelt at verificere teorien.

Daniel Merkle, Institut for Matematik og Datalogi, 2.698.560 kr. Algorithmic Cheminformatics Meets Causality Analysis.

Funktionen af celler i planter, dyr og mennesker, omsætningsprocesser i jord, luft og vand, medicins virkemåde, produktion af kemiske stoffer samt analyse ved hjælp af massespektrometri. Disse er alle eksempler på situationer, som involverer store og komplekse netværk af kemiske reaktioner. På grund af størrelsen og kompleksiteten er der et kraftigt behov for bedre computer-baserede metoder til at analysere sådanne netværk.

I dette projekt vil vi udvikle og kombinere teorien og algoritmerne bag to stærke beregningsmæssige platforme til sådanne analyser: MØD, som baserer sig på en formel metode kaldet graf-transformation, og Kappa, som baserer sig på såkaldt concurrency theory. De deler et fælles fundament i kategoriteori, men de har forskellige styrker: MØD har et højt detaljeniveau i modelleringen af molekyler og kemiske reaktioner, mens Kappa er udviklet til at studere reaktionsstier (pathways) i netværk.

Ved at udvikle og kombinere disse egenskaber vil man blive i stand til studere og beregne løsninger til flere typer spørgsmål, end det er muligt nu, og på større netværk.

Brage Storstein Andresen, Institut for Biokemi og Molekylær Biologi, 2.265,120 kr. Alleviating suppression at the 5’ splice site using splice switching oligonucleotides.

Små syntetiske gensekvenser, Splice Switching Oligonukleotider (SSO), har et enormt potentiale til at kunne regulere genekspression, fordi de kan binde specifikt til gener og styre den del af genudtrykket, der kaldes splicing.

For nyligt har SSO’en Spinraza revolutioneret behandlingen af den hyppige og alvorlige sygdom muskelsvind. Dette har både understreget SSO’ernes enorme potentiale som genregulatorer og utvetydigt vist, at SSO’er med store effektivitet kan anvendes i kliniske behandlinger. At undersøge, om et exon i et gen kan reguleres med SSO’er, og identificere det sted, hvor SSO’en skal binde, anses imidlertid for at være meget vanskeligt og kræver test af mange hundrede SSO’er.

Vi har i forbindelse med udviklingen af SSO’er til aktivering af exoner i adskillige gener observeret, at placering af SSO’er i en region tæt ved exoner er effektivt i hovedparten af generne. Vi kalder regionen: ”Sweet Spot”.

Vi vil i projektet behandle exoner  fra 400 gener i deres normalkontekst med SSO’er for at undersøge, hvor hyppige Sweet Spots er, hvorledes de indgår i regulationen af splicing, og hvorledes aktiveringen af exoner med SSO’er, der binder Sweet Spots, foregår.

De meget omfattende empiriske data fra projektet vil blive brugt til at udvikle et program, der baseret på Deep Learning kan forudsige, om Sweet Spots i et gen vil kunne reguleres med SSO’er. Dette vil kunne anvendes både i forskning og ved udvikling af nye SSO-baserede behandlinger af sygdomme.

Steffen Bähring, Institut for Fysik, Kemi og Farmaci, 2.793.600 kr. Extended-Tetrathiafulvalene-Porphyrin Donor Materials for Organic Solar Cells.

Udviklingen i tredjeverdenslande har øget forventningerne til produktionen af el i 2050. Heraf estimeres det, at næsten halvdelen af den forøgelse skal komme fra grøn energi. Solcelleteknologien er i rivende udvikling, og især organiske solceller er i fokus. Disse organiske solceller er fleksible, billige at producere og kan virke både inden- og udendørs. Der er et stort kommercielt potentiale, hvis effektiviteten og stabiliteten kan forbedres. I dette projekt vil vi arbejde med to typer af molekyler, der er interessante med hensyn til molekylær elektronik og netop solceller.

Tetrathiafulvalen (TTF) er et lille molekyle, som virker elektron-donerende. Op gennem 1970’erne var der stor interesse for dette molekyle, da det viste sig at være superledende (ingen modstand og tab af energi), når det blev blandet med en passende elektron-acceptor. TTF har vist sig at være en god halvleder, der kan transportere positive ladninger.

Porphyrin, kendt som ”The Pigment of Life”, er ansvarlig for den grønne farve (Klorofyl) i planter, der optager energien fra sollys.

Kombinationen af disse to molekyler til at lave nye elektron-donor-molekyler inden for organiske solceller forventes at øge evnen til at fange sollyset, samtidig med at transporten af elektroner og de positive huller, som de skaber, kan bevæge sig mere effektivt og uden at molekylerne går i stykker.

Paolo Ceppi, Institut for Biokemi og Molekylær Biologi, 2.689.920 kr. Molecular characterization and targeting of NSCLC with high thymidylate synthase levels.

Ikke-småcellet lungecancer (NSCLC) er en af de mest almindelige og dødeligste kræftformer. Introduktion af nye kemo- og immunterapeutiske lægemidler har forbedret behandlingsmulighederne, men der er stadig et stort behov for udviklingen af personaliserede behandlingsstrategier, baseret på en bedre molekylær karakterisering af sygdommen.

Thymidylatsyntase (TS) er et stofskifteenzym, som er vigtigt for celleproliferation, som findes på et højt niveau i de mest aggressive lungetumorer. Hæmning af TS er den primære virkemekanisme i specifikke lægemidler til behandling af NSCLC, men patienter med høje niveauer af enzymet er normalvis resistente over for denne behandlingsform. Ud over at TS er kendt for at fremme væksten af tumorer, opdagede vores laboratorium for nylig en ny og uafhængig rolle for dette enzym inden for kræftbiologi. Denne uventede observation viser, at TS kan fremkalde en aggressiv opførsel ved at ændre cellulær differentiering, hvilket åbner nye terapeutiske muligheder.

Ved at anvende forskellige avancerede in vitro- og in vivo-teknikker samt analyse af humane prøver har det nuværende projekt til formål at karakterisere og ramme de molekylære pathways, der aktiveres af TS-enzymet. Målet er at øge effektiviteten af anti-TS-lægemidler og at afdække terapeutisk følsomhed over for metaboliske hæmmere og immunterapeutiske midler. Disse resultater kan give grund til nye personaliserede terapeutiske strategier for at reducere de destruktive virkninger af aggressive NSCLC’er.