Både arv och miljö anses spela roll för utvecklingen av typ 1-diabetes, en allvarlig autoimmun sjukdom som ofta uppkommer i barndomen eller tonåren och kräver livslång behandling med insulin. En förhöjd ärftlig risk är inte tillräcklig för att orsaka sjukdomen, utan miljöfaktorer spelar en avgörande roll för sjukdomsutvecklingen. Bakterierna i tarmen är en sådan miljöfaktor som intresserat forskare när det gäller autoimmuna sjukdomar, bland annat för att tarmfloran påverkar immunförsvarets mognad.
Den aktuella studien är baserad på ABIS-studien (All Babies in Southeast Sweden) vid Linköpings universitet, vars syfte är att öka kunskapen om varför barn får immunmedierade sjukdomar, främst typ 1-diabetes. Totalt ingår 17 000 barn som föddes i sydöstra Sverige under åren 1997–1999. Olika prover togs på barnen vid födelsen och under uppväxten.
Skillnader i tarmfloran
I den aktuella studien på 403 av dessa barn ville forskarna undersöka om det finns samband mellan ärftlig risk och sammansättningen av bakteriefloran i tarmen. Barnens ärftliga risk studerades med genetiska analyser, närmare bestämt genetisk variation i HLA-gener, som spelar en viktig roll för immunförsvarets funktion och är den största genetiska riskfaktorn kopplad till diabetes typ-1. Forskarna analyserade också bakteriefloran i avföringsprover som samlats in när dessa barn var ett år gamla. Det visade sig att det fanns skillnader i tarmflorans sammansättning mellan grupper med olika genetisk risk.
– Vissa bakteriestammar ser vi inte alls hos individer med hög risk, medan de finns hos individer med låg genetisk risk för att utveckla typ 1-diabetes. Det är mycket intressant, eftersom det skulle kunna innebära att dessa bakteriestammar har betydelsefulla positiva effekter och kanske en dag kan bli användbara i behandlingar för att förhindra uppkomsten av autoimmuna sjukdomar. Det kan också vara så att den höga genetiska risken leder till att dessa bakteriestammar inte förmår överleva i tarmen, säger Johnny Ludvigsson, senior professor vid institutionen för klinisk och experimentell medicin vid Linköpings universitet och överläkare vid H.K.H. Kronprinsessan Victorias barn- och ungdomssjukhus vid Universitetssjukhuset i Linköping.
Sambandet gäller även vid låg risk
Tidigare studier som har undersökt om tarmbakterier är kopplade till utvecklingen av typ 1-diabetes har bara studerat individer med hög ärftlig risk. Den aktuella studien är den första som undersökt ett eventuellt samband i en generell population där såväl låg, neutral och hög ärftlig risk finns representerade.
– ABIS-kohorten är utomordentligt värdefull och nödvändig för att kunna göra vissa studier av miljöfaktorers betydelse för uppkomsten av typ 1-diabetes. ABIS-kohorten är unik, den enda i världen där man följer en generell befolkning, vilket gör att vi kan studera hur genetiken påverkar miljöfaktorer, som tarmfloran, säger Johnny Ludvigsson.
Fortsatt forskning behövs för att ta reda på hur samspelet mellan ärftlig risk och bakteriefloran i tarmen ser ut vid typ 1-diabetes. Fynden kan också ha betydelse för andra autoimmuna sjukdomar där HLA-genvariation är en viktig genetisk riskfaktor, som celiaki och reumatoid artrit.
Johnny Ludvigsson, senior professor vid institutionen för klinisk och experimentell medicin, Linköpings universitet, johnny.ludvigsson@liu.se
Tidigare internationella studier har visat att dagvattendammar kan ha en hög biologisk mångfald och nu ville forskare vid Uppsala universitet undersöka om det stämmer också i Sverige.
I Sverige finns hundratals dagvattendammar i våra samhällen och längs de större vägarna, men hittills har studierna fokuserat helt på dammar längs motorvägar. I den nya studien har forskarna undersökt samtliga 18 dagvattendammar i Uppsalas stadsmiljö.
– Det är både viktigt och intressant att miljöer som i första hand är anlagda för ett annat ändamål, också kan bidra till en ökad biologisk mångfald säger Frank Johansson, professor vid institutionen för ekologi och genetik vid Uppsala universitet.
Fokuserade på trollsländor
Dagvattendammar är anlagda för att kontrollera flödestoppar och för att förbättra dagvattnets kvalitet innan det släpps ut i sjöar och vattendrag. Dagvatten är regn- och smältvatten från gator, parkeringsplatser och andra hårdytor i bebyggd miljö och längs våra större vägar.
För att kunna mäta och få en uppfattning om den biologiska mångfalden har forskarna koncentrerat sig på trollsländor. Trollsländors biologiska mångfald är ofta korrelerad med övrig biologisk mångfald av vattenorganismer och kan därför sägas representera den total biologiska mångfalden i dammarna. Totalt i Sverige finns ett sextiotal olika arter av trollsländor, varav 51 finns regelbundet i Uppland.
Tidig mosaiktrollslända (Brachytron pratense). Foto: Frank Johansson
I studien hittades sammanlagt 31 olika trollsländearter i dammarna, vilket alltså motsvarar 61 procent av arterna i Uppland.
– Dammar av den här typen som är anlagda av människan kan därför bidra till att höja den biologiska mångfalden i allmänhet och särskilt i stadsmiljö. Det är jätteviktigt nu när urbaniseringen är snabbare än någonsin. Ett flertal studier har faktiskt visat att vissa arter trivs utmärkt i stadsmiljöer om vi skapar tillräckligt med gröna ytor i staden, säger Frank Johansson.
Dammar kan öka biologisk mångfald i stan
Resultat av undersökningen visar också att dammstorlek och mängden växtlighet i dammarna är viktiga faktorer som påverkar den biologiska mångfalden. Lagom mycket växter resulterade i högre biologisk mångfald. Att växtlighet och miljöns storlek påverkar den biologiska mångfalden är välkänt, med det är första gången som det kan visas för dagvattendammar i stadsmiljö.
Dagvattendamm, Uppsala. Foto: Paul Coiffard
– Eftersom det största hotet mot den biologiska mångfalden är habitatförstörelse, det vill säga att livsmiljön för djur och växter försvinner, är det viktigt att kunna återskapa miljöer. En typ av nya miljöer är dagvattendammar, och med rätt design på dessa dammar kan de bidra till att öka den biologiska mångfalden av vattenorganismer i stadsmiljö, säger Frank Johansson.
Frank Johansson, professor vid institutionen för ekologi och genetik vid Uppsala universitet, frank.johansson@ebc.uu.se
Pappersfiltret har visat en utmärkt kapacitet för borttagning av virus och bakterier både i labbet och i verkliga tester. Forskarna tror att med vidareutveckling kan pappersfiltret som produceras från Pithophora-alger (eller ”Shewla”[শেওলা]), bli ett prisvärt och effektivt botemedel för att förhindra många potentiellt dödliga vattenburna infektioner.
– Pithophora-alger har tidigare i stort sett förbisetts som en värdefull råvara. Det är med stor tillfredsställelse att vi nu kan dokumentera utmärkta resultat av patogenborttagning för både vattenburna bakterier och virus med effektivitet över 99,999 procent. Det kan rena även de minsta viruspartiklarna på 27-28 nanometer, säger Albert Mihranyan, professor i nanoteknologi vid Uppsala universitet, som leder studien.
Algfilter. En lokalt växande och tidigare outnyttjad grön makroalgart kan användas för att extrahera cellulosananofibrer, som sedan kan formas till pappersark med skräddarsydd porstorlek för vattenbehandling. Foto: Uppsala universitet
Växande befolkning i Bangladesh
Bangladesh är ett land med en befolkning på över 168 miljoner människor, vilket är större än Rysslands (144,5 miljoner). År 2050 beräknas befolkningen i Bangladesh nå 200–225 miljoner människor. I delar av de största städerna i Bangladesh, som Dhaka och Chittagong, är befolkningstätheten så hög som 205 000 invånare/km2, vilket är nästan 58 gånger högre än i Stockholm och nästan 20 gånger högre än i New York.
År 2018 levde cirka 15 miljoner människor under den extrema fattigdomsgränsen på 1,90 US Dollar (18 SEK) per dag. Extremt hög befolkningstäthet, dålig hygien och brist på rent vatten ökar risken för spridning av vattenburna infektioner. Städerna Dhaka och Chittagong är de enda städerna med omfattande rörledningar och avloppssystem, men även där är vattnet tillgängligt högst några timmar per dag och kan fortfarande vara förorenat med smittsamma patogener på grund av läckage i rörledningar. Med Dhakas befolkning, som växer med över 300 000 personer per år, är tillgången till rent vatten avgörande för ett hållbart liv.
Filtrering tar bort vattenburna patogener
För att förhindra spridning av vattenburna infektioner behövs överkomliga vattenreningsstrategier som kan vara effektiva mot alla typer av vattenburna patogener. Kokning, pastörisering i solljus eller kemisk desinfektion är några av de metoder som för närvarande används. Ett utmärkt sätt att rena vatten för att fysiskt ta bort alla typer av patogener är filtrering. Därför är det stor efterfrågan på nya typer av prisvärda filter för användning som kan ta bort alla typer av patogena bakterier, sporer och virus. Tack vare de gemensamma insatserna från det svenska och bangladeshiska teamet har en ny källa för lokalt växande råmaterial upptäckts som kan användas för tillverkning av pappersfilter för vattenreningsapplikationer.
– Tillgång till rent vatten kommer att bidra starkt till förbättrad hälsa och därmed minska fattigdomen. Vi är optimistiska och tror att genom framtida utveckling av anordningar kommer filterpapper som produceras från de lokalt växande algerna att vara användbara för att förhindra potentiellt livsfarliga sjukdomar och förbättra livskvaliteten för miljontals människor, säger Khondkar Siddique-e-Rabbani, hedersprofessor vid University of Dhaka och projektkoordinator i Bangladesh.
– Proteinet SOD1 finns i normala fall i alla celler i kroppen, men barnet har nästan enbart symtom från motoriska nervsystemet och särskilt från de delar som finns i hjärnbarken. Detta skulle kunna betyda att motoriska nervsystemet är mer känsligt än övriga nervsystemet och mycket mer känsligt än andra organsystem, säger professor och överläkare Peter M Andersen vid Umeå universitet och Norrlands universitetssjukhus, och en av forskarna bakom studien.
Amyotrofisk lateral skleros, ALS, är en gemensam beteckning för en grupp sjukdomar där nervceller i hjärnan, hjärnstammen och ryggmärgen som styr kroppens skelettmuskler dör. I Sverige drabbas årligen 200 personer av ALS.
Ofullständigt SOD1-protein
Barnet, en flicka som i dag är 2 år och 9 månader, är världens yngsta patient med ALS-liknande symptom. Forskarna i Umeå har hittat orsaken till hennes sjukdom, ett ofullständigt SOD1-protein, en av alla levande organismers viktigaste antioxidanter. Eftersom barnets fosterutveckling, förlossning och första sex månader i livet var normala, kan detta ge stöd för teorin att det även kan finnas andra mekanismer som kan ta hand om fria radikaler.
– En alternativ förklaring är att det är en åldersfråga. Kanske måste det motoriska nervsystemet ha en viss mognadsnivå för att bli känsligt för skador från ett felaktigt SOD1-protein, säger Peter M Andersen.
Internationellt samarbete
Vid Umeå universitet pågår sedan 1992 forskning om ALS. Målet är att genom nya kunskaper om mekanismerna bakom sjukdomen utveckla behandling av ALS. Det är i synnerhet molekylärbiologiska och genetiska aspekter av sjukdomen och mutationer i SOD1och andra gener som studeras. Förhoppningen är att man genom att identifiera likheter och skillnader mellan olika typer ALS-sjukdomar och andra hjärnsjukdomar får ny kunskap som kan användas till utveckling av mer effektiva läkemedel och så småningom till förebyggande åtgärder.
I många år har samarbete pågått med forskargrupper i bland annat Tyskland och ett stort antal blodprov har insamlats och studerats vid Umeå universitet. 2018 kontaktades forskarna i Umeå av barnkliniken på universitetssjukhuset i Eppendorf-Hamburg som försökte hitta orsaken till det då sex månader gamla barnets sjukdom.
– Fallet illustrerar betydelsen av internationellt samarbete, säger Peter M Andersen. Fallet visar också att ibland kan prov från en enskild patient leda till ny kunskap av betydelse för många.
Vetenskaplig artikel:
Phenotype in an infant with SOD1 homozygous truncating mutation, Peter M. Andersen, Ulrika Nordström, Konstantinos Tsiakas, Jessika Johannsen, Alexander E. Volk, Tatjana Bierhals, Per Zetterström, Stefan L. Marklund, Maja Hempel, René Santer. New England Journal of Medicine, 2019
Kontakt:
Peter M Andersen, professor och Wallenberg Clinical Scholar, Institutionen för klinisk vetenskap, Umeå universitet, överläkare, neurologiska kliniken, Neuro-, huvud-, och halscentrum Västerbotten, Norrlands universitetssjukhus, peter.andersen@umu.se och ALSforskning@umu.se
Nyligen deltog hon och tre kollegor i sociologi på två musikfestivaler i England. Men inte som vilka deltagare som helst. På plats intervjuade de 60 festivaldeltagare lät 250 personer svara på enkäter.
– Alla som varit på en festival vet att det hör till att vara lite småskitig i några dagar. Men våra resultat visar något djupare, nämligen hur fort deltagare anpassade sig efter den nya normen, även de som inte var en del av den från början.
I intervjuarna framkom att många packade ner tvål, schampo och handdukar som sedan blev liggande ouppackade. Personerna hade alltså en förväntan att duscha och tvätta sig när de kom till festivalen men accepterade sedan snabbt att inte göra det – även om det fanns möjligheter att tvätta sig.
Vattenförbrukningen måste minska
Enligt Tullia Jack tenderar beslutsfattare att betrakta vatten- och energiförbrukning som ett fast konsumtionsmål per capita. Men till följd av klimatförändringen måste den totala vattenförbrukningen minska. I vissa länder är läget akut, såsom i Indien, men även i delar av Sverige börjar vattenbristen bli kännbar.
– Vår studie, tillsammans med ett ökande antal andra vetenskapliga artiklar, avslöjar att det finns en ganska stor anpassningsbarhet i renlighetspraxisen. Människor kan ställa om till att duscha, tvätta och diska mindre. Renlighetskonventioner är socialt betingande och därmed flexibla. Här finns en stor potential, säger hon.
I Sverige förbrukar vi i genomsnitt 180 liter per person och dag, men i många andra länder är förbrukningen mycket lägre.
– På 1950-talet var konsumtionen betydligt lägre. Jag tror vi kan hitta tillbaka till ett annat beteende och fortfarande vara hygieniska. ”Lort-Sverige” är så klart inget alternativ.
Resultaten av intervjuerna har sammanställts och publicerats i den vetenskapliga tidskriften Geoforum.
Resultaten som publiceras i tidskriften Nature Communications förklarar något som länge varit en gåta för forskarna.
Den hormonfrisättande delen av bukspottkörteln, de Langerhanska öarna, har en unik arkitektur vilken medger en funktionell interaktion mellan olika celltyper. Hormonet somatostatin frisätts från deltacellen och fungerar som en effektiv hämmare av insulinfrisättande betaceller och glukagonfrisättande alfaceller. Deltacellen kan därigenom indirekt påverka blodsockerregleringen under normala betingelser och vid sjukdom.
– Det har länge varit ett mysterium hur deltacellerna så effektivt kan reglera funktionen hos alfacellerna och betacellerna trots att dessa celler endast utgör en minoritet av öcellerna, säger professor Per-Olof Berggren vid Rolf Luft Forskningscentrum för Diabetes och Endokrinologi, Karolinska Institutet och gästprofessor vid Lee Kong Chian School of Medicine i Singapore.
Långsmala deltaceller
De flesta deltaceller är långsmala och har definierade utskott. Genom att använda specifika experimentella tekniker som optogenetik och kalciummätningar med hög hastighet har Per-Olof Berggren och hans kolleger visat att de aktuella utskotten utgör dynamiska strukturer som innehåller hela det sekretoriska maskineriet som gör att somatostatin kan frisättas och effektivt nå alla de hormonfrisättande cellerna i den Langerhanska ön. Utskottens dynamik regleras genom IGF-1 och VEGF-A-medierad signalering.
Vid pre-diabetes förändras deltacellens form vilket utgör en kompensatorisk förändring för att kunna vidmakthålla en effektiv reglering av betacellen. De nu publicerade resultaten visar enligt forskarna hur deltacellen kan fungera som en effektiv modulerare av insulin- och glukagonfrisättningen från den Langerhanska ön.
– Detta är en banbrytande upptäckt som förklarar hur den viktiga strukturen och funktionen hos deltacellerna i relation till de andra hormonfrisättande cellerna i ön möjliggör en effektiv reglering av blodsockerkoncentrationen, säger Per-Olof Berggren.
Vetenskaplig artikel:
Structural basis for delta cell paracrine regulation in pancreatic islets. Rafael Arrojo e Drigo, Stefan Jacob, Concha F. García-Prieto, Xiaofeng Zheng, Masahiro Fukuda, Hoa Tran Thi Nhu, Olga Stelmashenko, Flavia Letícia Martins Peçanha, Rayner Rodriguez-Diaz, Eric Bushong, Thomas Deerinck, Sebastien Phan, Yusuf Ali, Ingo Leibiger, Minni Chua, Thomas Boudier, Sang-Ho Song, Martin Graf, George J. Augustine, Mark H. Ellisman, Per-Olof Berggren, Nature Communications.
Kontakt:
Per-Olof Berggren, professor i experimentell endokrinologi, Institutionen för molekylär medicin och kirurgi, Karolinska Institutet, per-olof.berggren@ki.se
Irene Perini har tidigare studerat vad som händer i tonåringars hjärnor när de använder sociala medier. Hon fann, med hjälp av bilder tagna i magnetkamera, att en förväntan på bekräftelse sätter igång processer i hjärnan. Framför allt aktiveras de delar av hjärnan som riktar vår uppmärksamhet mot det som är mest relevant för oss, kallat salience network.
– När vi lägger ut en bild eller ett inlägg på sociala medier så registrerar hjärnan en förväntan att bli bedömd, att få bekräftelse, som något viktigt för oss, förklarar Irene Perini.
För att fördjupa forskningen har hon nu jämfört en grupp friska tonåringar, 27 personer, med lika många tjejer med självskadebeteende – vilket betyder att de skär sig i armarna eller orsakar sig själva andra fysiska skador, utan att syftet är självmord. Projektet är ett samarbete med bland andra Maria Zetterqvist, klinisk psykolog och forskare vid CSAN, som arbetar med ungdomar med självskadebeteende.
Känslan av att inte duga
– Vi vet att goda sociala interaktioner är särskilt viktiga under tonåren och vi vet också att det finns en koppling mellan social stress och självskadebeteende hos ungdomar. Känslan att inte duga, få kritik och känna sig avvisad i sociala sammanhang ligger ofta bakom självskadebeteenden, berättar Irene Perini.
För testet har hon använt ett online-spel som efterliknar den interaktion ungdomar har med varandra i sociala medier. I spelet får de ta ställning till om de gillar sina medspelare och de blir också själva bedömda. Hur de än interagerar får de i spelet exakt lika många tummen upp som tummen ner.
När det gällde aktiveringen av relevans-nätverket, the salience network, visade försöken ingen skillnad mellan de två grupperna. Men i samband med testet fick de också svara på ett antal frågor: Hur ofta fick du tummen ner? Hur kändes det? Gillade du personen du spelade med? Gillar du ditt eget ansikte (din selfie)? Här blev skillnaderna signifikanta.
Påverkades starkare av negativ feedback
De tjejer som har ett självskadebeteende tror att de fått tummen ner betydligt fler gånger än de fått och den negativa feedbacken påverkar dem också starkare än kontrollgruppen. De gillar i lägre grad sin motspelare och de gillar inte heller sin egen bild i samma utsträckning som kontrollgruppen, visar forskningen.
– Även den friska kontrollgruppen påverkas av negativ feedback på sociala medier, men för tjejer med självskadebeteende är den påverkan ännu starkare, säger Irene Perini.
Genom fördjupade analyser av bilderna från magnetkameran (fMRI) har hon också visat att hos gruppen med självskadebeteende aktiveras även en annan del av hjärnan vid förväntan, den del som brukar kopplas till känslor och reflektion.
– Men som med all forskning som grundar sig på bilder tagna i magnetkamera måste vi vara försiktiga med långtgående tolkningar, speciellt innan resultaten kan upprepas i andra studier, säger hon.
Övertolkar det negativa
Men hon hoppas samtidigt att resultatet av hennes och kollegornas arbete ska hjälpa terapeuter att komma framåt när de nu vet att det finns ett negativt bias – att patienterna tolkar situationen värre än den är.
Bör de rekommendera en viss försiktighet med sociala medier?
– Det vore nog bra att föräldrar och terapeuter informerar ungdomarna om att de har en större känslighet och att de övertolkar det negativa, svarar Irene Perini.
Smärta orsakar lidande och leder till stora kostnader för samhället. Nästan var femte person har pågående smärta och det finns ett stort behov av att hitta nya smärtstillande läkemedel. Men smärtkänslighet är också nödvändigt för överlevnad och har en skyddande funktion. Det leder till reflexreaktioner som förhindrar vävnadsskada, som exempelvis när man drar undan handen då man känner ett stick från ett vasst föremål eller bränner sig.
Kan ge förklaringar till kronisk smärta
I studien från Karolinska institutet beskrivs hur det nya smärtkänsliga organet ser ut, hur det är organiserat tillsammans med smärtkänsliga nerver i huden och hur aktivering av organet leder till elektriska impulser i nervsystemet som leder till reflexreaktioner och smärtupplevelse. Cellerna som bildar organet är mycket känsliga för mekanisk retning, vilket förklarar hur de kan detektera stick och slag. I experiment har forskarna också stängt av organet och såg då att möjligheten att känna av mekanisk smärta minskade.
– Vår studie visar att smärtkänslighet inte bara uppstår i hudens nervtrådar, utan också från cellerna i detta nyupptäckta smärtkänsliga organ. Upptäckten förändrar synen på de bakomliggande cellulära mekanismerna för kroppskänsel och kan få betydelse för förståelsen kring kronisk smärta, säger Patrik Ernfors, professor vid institutionen för medicinsk biokemi och biofysik, Karolinska Institutet, och huvudansvarig för studien.
Patrik Ernfors, professor, Institutionen för medicinsk biokemi och biofysik, Karolinska Institutet. Patrik.Ernfors@ki.se
Ross Friel, universitetslektor vid Högskolan i Halmstad, leder en grupp forskare som jobbar med autonom additiv tillverkning (även kallad 3D-printing) som kan användas på månen.
– Jordens resurser är begränsade, så vår fortsatta existens kräver att vi blickar bortom vår planet. I rymden finns oändligt med resurser. För att kunna utforska inom, men även utanför, vårt solsystem, behövs en månbas som kan fungera som en ”språngbräda” för rymdresor. Det är ekonomiskt och tekniskt gynnsamt att använda månen som uppskjutningsplats på grund av dess lägre tyngdkraft, oerhört tunna atmosfär och klara himmel, samt möjligheten att använda väte och syre från månens is till raketbränsle, säger Ross Friel.
Utmaning att bygga månbas
Det är inte en lätt uppgift att bygga en månbas. Byggmaterialet måste både tåla och skydda människor och vetenskapliga instrument mot skadlig kosmisk strålning och meteoroider. Det är inte ett alternativ att transportera tung betong från jorden till månen – det är ohållbart och alldeles för dyrt. Därför kan möjligheten att använda material som redan finns på månen för att skapa byggstenar och andra användbara komponenter, som till exempel reservdelar, vara den bästa lösningen.
– Månstoft, det vill säga det fina grus på månen som kallas för lunar regolith, är ett naturligt keramiskt material – ungefär som vulkanaska på jorden. Vi har i vår forskning använt ett material från jorden med egenskaper som liknar månstoft. Det riktiga stoftet är ju svårt att komma över, säger Ross Friel.
3D-skrivare på månen
Genom att smälta det månstoftliknande materialet från jorden kan olika typer av strukturer skrivas ut med en särskilt utvecklad 3D-skrivare, till exempel kuber, filterstrukturer och skruvar – direkt på månens yta.
Genom att smälta ett material från jorden, med liknande egenskaper som månstoft, kan olika typer av strukturer skrivas ut med en särskilt utvecklad 3D-skrivare. Bilden visar a) kompakta kuber, b) en potentiell filterstruktur, c) en skruv och en mutter som visar utskriftens noggrannhet, och d) ett byggblock i form av en pusselbit som ett första steg mot sammankopplade byggkomponenter för att skapa kompakta materialstrukturer direkt på månens yta. Illustration: Högskolan i Halmstad
Under de kommande åren ska forskarna fortsätta att utveckla tekniken för en autonom 3D-skrivare som kan fungera på månen. De ska förfina testmiljön så att den simulerar förhållandena på månens yta, till exempel med ultrahögvakuum, samt exponera det utskrivna materialet för exempelvis strålning och kollisioner i hög hastighet med föremål som efterliknar meteoroider.
– Jorden är inte vår slutgiltiga destination. Människans utforskning av solsystemet är oundviklig. Det finns ett behov av innovativt tänkande och kreativa lösningar för att detta ska hända, något jag hoppas att vår forskning kan bidra till, säger Ross Friel.
Den typ av additiv tillverkning som forskarna använder kallas för powder bed fusion. Gruppens senaste forskningsresultat presenterades av Ross Friel vid 2019 års konferens Future Manufacturing Technologies Conference (FMTX) den 28 maj i Malmö.
Ross Friel, universitetslektor vid Högskolan i Halmstad (engelsktalande), ross.friel@hh.se
– För 150 år sedan hotades europeisk silkesindustri av en okänd epidemi som tog död på silkesmaskarna. Louis Pasteur identifierade smittkällan och föreslog åtgärder, vilket räddade silkesproduktionen denna gång. I dag vet man att det var en så kallad mikrosporidieparasit som orsakade epidemin. Varje år orsakar silkesmasksjukdomar inkomstbortfall i kinesisk silkesindustri på mer än 100 miljoner dollar.
Mikrosporidier är små sporbildande encelliga parasiter, som tillhör svampriket. Förmågan att bilda sporer – ett sorts vilostadium, men som också fungerar som organismens spridningsstadium – gör att organismerna har stor motståndskraft.
Sjukdomen mikrosporidios drabbar inte bara silkesmaskar. Mikrosporidieparasiterna omfattar tusentals olika arter och kan påträffas i celler hos alla djurgrupper. Minst 14 mikrosporidiearter har förmåga att infektera människan. Mikrosporidier hotar inte bara akvakulturer, silkesmaskodlingar och biodlingar, där infektioner kan utplåna hela bisamhällen. Parasiten kan också orsaka livshotande infektioner hos patienter med nedsatt immunförsvar.
Lite känt om livet på molekylnivå
Även om mikrosporidios är bland de vanligaste parasitiska sjukdomarna hos djur, är relativt lite känt om deras fascinerande liv på molekylär nivå. Tillsammans med forskare från Rockefeller University och Connecticut Agricultural Experiment Station, USA, publicerar Jonas Barandun, ny gruppledare vid The Laboratory for Molecular Infection Medicine Sweden, MIMS, resultat som beskriver den molekylära strukturen hos mikrosporidiens ribosom, dess proteinfabrik. Studien som publiceras i Nature Microbiology visar första gången strukturen hos cellulära ribosomer i en organism med mycket begränsad genetisk information.
Mikrosporidiska parasiter kan överleva som sporer i mark, vatten och luft där deras utveckling kan stanna upp i ett vilande tillstånd. När en annan organism sväljer sporer kan dessa med hjälp av en unik ultrasnabb infektionsmekanism injicera sporernas innehåll i värdcellen.
Mikrosporidier överlever trots reducerad genuppsättning
Inne i en värdcell kan mikrosporidier utnyttja värdens små molekyler för sin egen ämnesomsättning och replikation. Detta parasitiska beteende gör det möjligt för mikrosporidier att överleva utan de gener som en cell normalt behöver. Därför har mikrosporidiers genuppsättning kunnat reduceras till den minsta som någonsin hittats i eukaryoters ribosom, cellulära maskiner, som bildar proteiner i organismer. Tidigare forskning hade visat att mikrosporidie-genomet, med cirka 2 000 höggradigt komprimerade gener, till och med är mindre än vissa bakteriers genom. Eukaryoter är organismer vars celler har en cellkärna. Hit hör växter, djur och svampar.
– Mikrosporidier är alltså minimalister bland de parasitära eukaryoterna och minskar sitt genom till ett minimum som behövs för överlevnad och celldelning. Det gör dem till idealiska modellorganismer för att studera de minimalt nödvändiga komponenter som behövs för molekylära processer i en cell, säger Jonas Barandun.
Material från majsmott
En stor utmaning var att få tillgång till många cellulära ribosomer, som består av RNA och proteiner. Jonas Barandun samarbetade därför med en mikrosporidiespecialist, Charles Vossbrinck, från Connecticut Agricultural Experiment Station. Han odlade mikrosporidiearten Vairimorpha necatrix i larver av majsmottet Helicoverpa zea, ett skadedjur som förekommer enbart i Nordamerika och Kanada och kan orsaka stor skada på bomulls- och majsgrödor.
a. Den stora delen av ribosomet visas i blått och den mindre delen i gult och orange. De nya faktorer (MDF2 och MDF2) som upptäcktes av forskarteamet syns i rött. b. Mikrosporidie (V.necatrix) ribosomens struktur och genomlängd (RNA) jämförs med jäst (S. cerevisiae). c. Jämförelse av ribosomstrukturen med andra ribosomer inom evolutionen som visar släktskap med svampar (Fungi). Alla delar som fattas i mikrosporidieribosomen är markerade med blå och orange färg. Illustration: Jonas Barandun med kryo-elektronmikroskopiska studier
Från majsmottets larver isolerade forskarna mikrosporidiesporer. Från dessa kunde de extrahera ribosomer för vidare studier med kryo-elektronmikroskopi och masspektrometri. Forskargruppen kunde med hjälp av dessa båda tekniker få fram en modell av den minsta eukaryota cytoplasmatiska ribosomen på nära atomnivå. Hela forskningsprojektet utfördes i laboratoriet av Sebastian Klinge, en ribosomspecialist vid Rockefeller University i New York, tillsammans med Mirjam Hunziker.
Det ribosomala RNA:at är 30 procent kortare än motsvarande molekyl i jästsvampen, som är nära besläktad med mikrosporidier, och till och med 15 procent kortare än i E.coli-bakterien.
Avslöjat ribosomernas struktur
Jonas Barandun och hans kollegor kunde nu avslöja strukturen av cellulära ribosomer i mikrosporidier och jämföra med ribosomstrukturer i andra organismer. Mycket överraskande upptäcktes två helt nya proteiner som inte finns i andra ribosomer (se illustrationen). Forskarna avslöjade också att dessa faktorer påverkar mikrosporidiers vilostadium.
– Vi hittade två så kallade dormansfaktorer (MDF1, MDF2) som kan funktionellt inaktivera mikrosporidiernas ribosomer. Dessa är en förutsättning för att parasiten kan stanna av sin livscykel i sporstadiet. Vi vet nu vilken roll dessa två proteiner spelar, säger Jonas Barandun.
Eftersom parasiten är starkt beroende av resurser från sin värd, kan en effektiv avstängningsmekanism för cellulära processer vara fördelaktig för att bevara energi under sporstadiet.
Jonas Barandun, PhD,forskare och SciLifeLab National Fellow, The Laboratory for Molecular Infection Medicine Sweden, MIMS, Umeå Centre for Microbial Research, UCMR, Institutionen för molekylärbiologi, Umeå universitet, jonas.barandun@umu.se
– Det är rimligt att anta att sömnapné är en riskfaktor för cancer, eller att båda sjukdomarna har gemensamma riskfaktorer som exempelvis övervikt. Däremot är det mindre sannolikt att cancer leder till sömnapné, konstaterar Ludger Grote, professor och överläkare inom sömnmedicin, en av författarna till studien.
Forskningen, publicerad i European Respiratory Journal, bygger på analyser av registeruppgifter om totalt cirka 20 000 vuxna patienter, både kvinnor och män, med sömnapné, som finns samlade i en europeisk databas. Omkring två procent av dem hade också en cancerdiagnos.
Hög ålder var som väntat förknippat med högre cancerrisk, men när materialet justerats för ålder, kön, BMI, rökning och alkoholintag framkom ändå att sämre syreintag nattetid kunde kopplas till högre cancerfrekvens. Kopplingen gällde främst kvinnor, hos män var sambandet svagare.
Orsakerna till sambandet okända
– Våra resultat talar för två- till trefaldigt ökad risk för cancer bland kvinnor med mer uttalad sömnapné. Det går inte säkert att säga vilka orsaker som finns bakom sambandet mellan sömnapné och cancersjukdom, men indikationen gör att vi måste fördjupa studierna, säger Ludger Grote.
Ludger Grote är adjungerad professor i lungmedicin, med inriktning sömnmedicin, vid Sahlgrenska akademin, Göteborgs universitet. Han är också överläkare och medicinskt ansvarig vid den sömnmedicinska enheten på Sahlgrenska Universitetssjukhuset.
– Sjukdomen sömnapné är välkänd hos allmänheten och förknippas med snarkning, dagtrötthet och ökad risk för hjärt-kärlsjukdom, främst hos män. Vår forskning öppnar för ett nytt synsätt, att sömnapné möjligtvis kan vara förenad med förhöjd cancerrisk och då företrädesvis hos kvinnor, säger Ludger Grote.
Viktigt att studera skillnader mellan könen
Tidigare studier har visat att personer med sömnapné oftare än andra har en cancerdiagnos i sjukdomshistorien. Forskningen på området växer, samtidigt som könsaspekterna varit föga beforskade.
– Framför allt har man fokuserat på cancerformen malignt melanom. Ett nytt område kan nu bli bröstcancer eller livmodercancer. Kanske finns det en samverkan mellan kvinnliga könshormoner och stressaktivering, framkallad av nattlig syrebrist vid sömnapné, som kan trigga cancerutveckling eller försvagning av kroppens immunförsvar, säger Ludger Grote.
De senaste tio åren har kartläggningen av en persons arvsmassa förenklats avsevärt genom en ny generation av tekniker för så kallad DNA-sekvensering. En persons hela arvsmassa, genom, kan nu läsas av – sekvenseras – på några dagar. Den tidigare Sanger-tekniken krävde över tio år för att uppnå samma sak.
Snabbheten gör att sjukvården nu kan börja använda kartläggning av arvsmassan för att förbättra diagnostiken av vissa sjukdomar och skräddarsy behandling och uppföljning för den enskilde patienten, utifrån individuella genetiska förändringar.
I Sverige ska projektet Genomic Medicine Sweden, GMS, sprida tekniken i hela landet.
Nationellt initiativ för precisionsmedicin
Genomic Medicine Sweden, GMS, är ett nationellt initiativ för att införa precisionsmedicin i sjukvården över hela landet.
Medverkande parter: de sju medicinska fakulteterna och universitetssjukhusen, två representanter för näringslivet (branschorganisationerna Läkemedelsindustriföreningen och Swedish Medtech) och två patientrepresentanter (Riksförbundet sällsynta sjukdomar och Nätverket mot cancer).
Innovationsmyndigheten Vinnova och medverkande parter finansierar projektet till 2020, men man hoppas få fortsatta medel via en statlig satsning.
Idag görs genpaneler på cirka 10 000 cancerpatienter i Sverige per år och cirka 2 000 patienter testas för sällsynta ärftliga sjukdomar. Målet är göra minst 50 000 gentester per år om 4–5 år.
Källa: Richard Rosenquist Brandell
– Förut var mer omfattande gentester dyra, men de nya sekvenseringsteknikerna är kraftfullare och billigare, vilket möjliggör ett sådant här projekt, säger Richard Rosenquist Brandell, som är professor och överläkare i klinisk genetik vid Karolinska Institutet och projektledare för GMS.
Från sjukvård till forskning
För att vården ska bli jämlik ska centran, där precisionsmedicinsk diagnostik och behandling genomförs, inrättas på alla sju universitetssjukhus i landet. En ny IT-infrastruktur ska också möjliggöra delning av data mellan sjukhusen.
– Vi börjar med klinisk diagnostik, men alla genetiska data ska sparas i en gemensam databas, för framtida studier och samarbeten med akademin och industrin, säger Richard Rosenquist Brandell.
Projektet består av fyra områden: sällsynta ärftliga sjukdomar, cancer, infektionssjukdomar och läkemedelsbehandling utifrån genetiska skillnader.
– Vi har valt att börja med sällsynta sjukdomar, cancer och infektionssjukdomar eftersom vi vet att genetisk diagnostik har betydelse vid de sjukdomarna. Men på sikt är målet att utöka till exempelvis hjärtkärlsjukdomar, diabetes eller psykiatriska sjukdomar, som betingas av både arv och miljö, säger Richard Rosenquist Brandell.
Förfinad diagnostik
Det finns tiotusentals ärftliga sjukdomar, såsom ärftliga neurologiska och bindvävssjukdomar. De är sällsynta var för sig, men när man lägger ihop alla har cirka var femtonde person någon av dessa sjukdomar. Genom att kartlägga en persons hela arvsmassa, i stället för att som förut sekvensera en gen i taget utifrån misstanke, kan fler patienter få korrekt diagnos.
Vid misstanke om sällsynt ärftlig sjukdom, tas ett blodprov där hela genomet sekvenseras. Det innebär att alla 22 000 gener som kodar för specifika proteiner kartläggs, men även övrig arvsmassa (som utgör 99 procent av arvsmassan) som bland annat reglerar genuttryck, det vill säga vilka gener som blir aktiva och faktiskt översätts till RNA och proteiner.
Sedan undersöker man de ”fönster” ur arvsmassan som omfattar de gener som är relevanta för sjukdomen.
– Till exempel vid misstanke om ärftlig metabol sjukdom tittar vi på cirka 900 gener och vid immunbristsjukdom på 300 gener. Resten av arvsmassan sparas för eventuell senare forskning, säger Richard Rosenquist Brandell.
Målriktade terapier
Inom cancervården ökar kunskapen om vilka genetiska förändringar som förekommer vid olika cancerformer. Varje tumör är unik, men det finns många gemensamma mutationer, som stimulerar cancertillväxt. Målet är att utveckla läkemedel som bromsar just det genuttrycket, så kallade målriktade terapier.
– Då kan vi bromsa sjukdomen med ett specifikt läkemedel, som också ger mindre biverkningar eftersom det riktar sig bara mot tumörcellerna, säger Gunilla Enblad, som är professor i onkologi vid Akademiska sjukhuset i Uppsala.
För en del cancersjukdomar finns redan målriktade läkemedel och antalet växer stadigt. Det tidigaste exemplet är kronisk myeloisk leukemi, KML. Sjukdomen orsakas av en förändring där genetiskt material från kromosom 9 har förflyttats till kromosom 22, vilket skapar en ny genprodukt, ett protein som driver cancerns tillväxt. Numera finns ett läkemedel som motverkar proteinet.
Människans arvsmassa
Människan har 22 par kromosomer samt två könskromosomer (XX hos kvinnor och XY hos män). En kromosom är en lång dubbelsträngad DNA-molekyl som i sin tur utgör de gener som kodar för tillverkning av RNA och proteiner. DNA:t bygger alltså upp arvsmassan som förpackas hopnystad i kromosomer.
Källa: www.genteknik.nu
– Det har medfört att femårsöverlevnaden vid KML nu har stigit till 90–95 procent, säger Richard Rosenquist Brandell.
Redan idag analyseras i rutinsjukvård på universitetssjukhusen 20–50 gener vid cancer, vilket styr valet av behandling och patientens prognos.
Tjocktarmscancer: vid viss mutation fungerar inte viss medicinering
Lungcancer: kan välja läkemedel utifrån tumörens genprofil
Leukemier: kan välja läkemedel utifrån genprofil och hög/låg risk för återfall
Lymfomsjukdomar: känner till genförändringar men det finns inte läkemedel än
Källa: Gunilla Enblad
– Men vi vill utöka genpanelerna till 400–500 gener, för att täcka in alla de avvikelser som vi har potentiell behandling för, men även för framtida forskning, säger Richard Rosenquist Brandell.
Inom mikrobiologi används idag ”helgenomsekvensering” av infektionsprover vid epidemier, för att snabbt bestämma vilken mikrob som orsakat utbrottet och spåra smittan.
– I framtiden kommer vi antagligen att helgenomsekvensera även tarmfloran. Det görs idag i forskning, men kan bli kliniskt användbart, eftersom tarmfloran påverkar till exempel hur vi svarar på cellgifter vid cancer, säger Richard Rosenquist Brandell.
Individuell dosering av läkemedel
Det fjärde området inom Genomic Medicine Sweden handlar om medicindos utifrån genetisk profil. Det är välkänt att det finns olika genetiska varianter av de enzymer som bryter ner läkemedel, som gör att vi bryter ner dem långsamt eller snabbt. En för hög dos till en person med långsam nedbrytning kan ge kraftiga biverkningar.
Trots att genvarianterna och konsekvenserna är välkända görs dessa genanalyser sällan i sjukvården.
– För cancerpatienter kommer vi att i genanalysen lägga till genvarianterna för läkemedelsmetabolism. Den stora utmaningen är att få in detta i journalsystemet som en varning, liknande den vid allergi. Sjukhusen har olika elektroniska system, så vi behöver skapa ett nytt informationssystem, säger Richard Rosenquist Brandell.
Ligger före andra länder
Liknande projekt pågår i andra länder. Island var tidigt ute, men det första större landet är England, som startade 2013 och nu analyserat prover från 85 000 engelsmän.
– Men där har de haft svårt att föra in de nya testerna i sjukvård. Vår styrka är just att vi börjat i sjukvården och genom ett nationellt grepp skapar förutsättningar för forskning, säger Richard Rosenquist Brandell.
Text: Inna Sevelius på uppdrag av forskning.se
Supraledning innebär att elektroner som normalt sätt stöter bort varandra formar så kallade Cooper-par som rör sig utan resistans genom materialet. Teorin av Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) ger en grundläggande förklaring av supraledning men kan inte förutsäga om ett material blir supraledande eller vid vilken övergångstemperatur detta i så fall sker.
Eliashberg formulerade senare en precis matematisk teori som i princip kunde förutsäga supraledning i äkta material, men teorin kräver komplexa mångkroppars-beräkningar. Under de senaste åren har en supraledningkod (UppSC) utvecklats vid Uppsala universitet.
Koden är ett spetsforskningsverktyg för att beräkna ackurat fristående konventionell och okonventionell supraledning baserat på materialspecifik input som beräknas med förstaprincip-metoder.
Material med bara ett monoskikt
I ett internationellt samarbete har nu fysikerna Jonas Bekaert, Mikhail Petrov och Milorad Milosevic från Antwerpen universitet och Alex Aperis och Peter Oppeneer från Uppsala universitet visat att det finns nya okända högtemperatursupraledare. Ett sådant material som forskarna upptäckte är hydrogenerad magnesium-diborid,
MgB2H. Det överraskande är att materialet är bara ett monoskikt, det vill säga tre atomer, tjockt. Enligt vad man kände till sedan tidigare skulle ett tvådimensionellt material bara kunna ha väldigt låg övergångstemperatur Tc.
Väteatomernas vibrationer bidrog
Beräkningar med supraledning-koden som utvecklats i Uppsala visade att det handlar om konventionell supraledning med mycket hög övergångstemperatur Tc på 67 K i jämvikt och 100 K som uppnås när materialet sätts under spänning. Beräkningar klargjorde också att väteatomernas vibrationer, som kopplade starkt till elektronernas rörelse, bidrog avsevärt till den högaTc .
Forskningen visar på möjlighet att nya spännande supraledare kan designas i framtiden.
– Vår upptäckt ger förhoppningar om nya supraledande material som i sin tur öppnar möjligheter för teknologiskt relevanta tillämpningar av högtemperatursupraledning, säger Alex Aperis.
I höst börjar den sista förhandlingsrundan om den jordbrukspolitik som ska gälla i EU efter 2020. Inför överläggningarna har en internationell forskargrupp granskat det förslag som EU-kommissionen lagt fram. Tre frågor har varit i fokus: Är reformförslaget förenligt med FN:s globala hållbarhetsmål, återspeglar det medborgarnas önskemål om ett hållbart jordbruk och erbjuder det en tydlig förbättring för klimat och miljö jämfört med den nuvarande jordbrukspolitiken?
Svaret på de tre frågorna är dessvärre ”nej”, konstaterar forskarna, och ger reformförslaget svidande kritik i en artikel i den vetenskapliga tidskriften Science. Det liggande förslaget kommer inte att förbättra miljöskyddet – snarare innebär det ett steg bakåt, slår forskarna fast.
– Jordbruksstödet är föråldrat och handlar till stor del fortfarande om att stötta produktionen av livsmedel och säkra lantbrukarnas inkomster på bekostnad av att skydda klimat och miljö, säger Dagmar Clough, ekolog som deltog i granskningen under sin tid vid Centrum för miljö- och klimatforskning, CEC, vid Lunds universitet.
Tomma ord
EU, och därmed också Sverige, har genom olika internationella avtal åtagit sig att arbeta för ett hållbart jordbruk, för att skydda den biologiska mångfalden och för att bekämpa klimatförändringarna. Men det är mest tomma ord, menar forskargruppen.
– Den gemensamma jordbrukspolitiken har potential att stödja minst nio av FN:s sjutton globala hållbarhetsmål, men för närvarande bidrar den bara till att uppnå två av dem, de som rör hunger och fattigdom, säger Dagmar Clough.
Omkring 40 procent av den sammanlagda landarealen inom EU utgörs av jordbruksmark. Det handlar alltså om enorma ytor – 174 miljoner hektar – vars skötsel påverkar såväl klimat som miljö. Intensivt jordbrukande pekades i våras ut som en av de främsta orsakerna till förlust av biologisk mångfald i den internationella IBPES-rapporten. EU:s gemensamma jordbrukspolitik är alltså av stor betydelse när det gäller hållbarhet.
Jordbruksstödet omfattar dessutom nära 40 procent av EU:s totala budget. Det gör det till ett kraftfullt verktyg för att leva upp till de egna hållbarhetslöftena, menar forskargruppen – om man använder det rätt.
– Att ta hållbarhetsmålen på allvar skulle kräva en reform som går på djupet, med bättre anpassade och delvis nya stödformer och med vetenskapligt belagda och mätbara mål, säger Dagmar Clough.
Forskarna kritiserar särskilt att EU vill behålla stödformer som de menar visat sig vara ineffektiva, skadliga för miljön och socialt orättvisa. Som exempel nämner de direktstödet, eller gårdsstödet som det kallas i Sverige, som innebär att 40 miljarder euro (cirka 70 procent av EU:s totala jordbruksstöd) årligen betalas ut till jordbrukare enbart baserat på hur stora arealer de odlar. Detta leder till en ojämn fördelning, menar forskarna, som påpekar att 32 procent av pengarna hamnar hos 1,8 procent av de sökande och att miljönyttan av stödet är marginell.
– Det borde vara i EU-kommissionens kärnintresse att använda skattebetalarnas pengar mer effektivt för att stödja samhälleliga mål såsom upprätthållande av biologisk mångfald eller hållbart jordbruk i största allmänhet, säger Dagmar Clough.
En ny reformprocess krävs
Forskarna anser att stödet till landsbygdsutveckling, där lantbrukare till exempel kan få ersättning för inkomstbortfall om de använder hållbara metoder, är ett mycket bättre verktyg för att främja biologisk mångfald och motverka klimatförändringarna. Men i reformförslaget minskas det kraftigt, med 28 procent.
Att en politik för ett hållbart jordbruk fortfarande inte blivit verklighet inom EU menar forskarna beror på kraftfulla lobbyorganisationer som skyddar särintressen, samt på en beslutsprocess där mycket är bestämt redan från början och där insynen är liten.
– Om vi ska få en bättre jordbrukspolitik måste beslutsprocessen förändras. Den måste bli mer transparent och den vetenskapliga förankringen måste bli mycket starkare, säger Dagmar Clough.
Bakom studien står forskare från Tyskland, Portugal, Sverige, Frankrike, Österrike, Grekland och Slovakien. Gruppen har letts av Guy Pe’er, Centre for Integrative Biodiversity research/Helmholtz Center for Environmental Research, Leipzig, och Sebastian Lakner, University of Göttingen.
– Det behövs utvecklas mätinstrument för att statistiskt kunna följa upp de åtgärder som görs. Dessutom behöver cykelturisternas behov och önskemål förstås ytterligare för att kunna utveckla framgångsrika destinationer, säger Christina Stave, en av forskarna bakom den litteratursammanställning och omvärldsanalys som nu gjorts.
Studien visar att det redan gjorts många utredningar på området, och under lång tid, där cykelturism spås ha en god framtidsutsikt. Det har också funnits förslag på åtgärder för att utveckla näringen, men relativt lite har hänt. Vetenskapligt väl upplagda studier om cykelturism saknas.
Mycket av litteraturen pekar på behov av ökad kunskap hos beslutsfattare om cykelturismens nuläge och ekonomiska möjligheter. Det behövs också en tydlig ansvarsfördelning och medel för de aktörer som har uppdrag inom cykelturismen.
Svårt ta med cykel i kollektivtrafiken
I rapporten påpekas bland annat bristen på större sammanhängande cykelleder och att standarden, servicen och säkerheten behöver förbättras. Att det dessutom finns begränsade möjligheter för turister att ta med cykel i kollektivtrafiken försvårar för den som vill resa hållbart och miljömedvetet. Det behövs också fler bilfria leder, särskilt i norra delen av Sverige där större vägar med tung trafik är dominerande.
Även om det finns mycket kvar att göra för att förbättra cykelturismens förutsättningar finns ett ökande intresse för människor att turista med cykel. I Europa är cykelturismen som störst i Tyskland, Österrike och Schweiz och länder som Kroatien och Grekland satsar på att utveckla cykelturismen.
Eurovelo är ett nätverk av cykelleder som sträcker sig runt 42 länder och har en sammanhängande längd på över 70 000 kilometer, vilket gör den till världens längsta. Även i Sverige ökar intresset.
– Jag tror det kommer bli ett ökat intresse för inhemsk turism och då kan cykelturism vara ett intressant alternativ, säger Christina Stave.
Kontakt: Christina Stave, christina.stave@vti.se
Jan Andersson, jan.andersson@vti.se
Det periodiska systemet har varit ett centralt verktyg för materialforskning sedan det först skapades för 150 år sedan. Nu visar Chalmersforskaren Martin Rahm i en studie hur grundämnenas elektronegativitet och elektronkonfiguration förändras under tryck.
Resultaten ger forskare en helt ny verktygslåda att utgå ifrån. Framför allt innebär resultaten att det blir möjligt att göra snabba förutsägelser om hur ett visst ämne kommer att bete sig under olika tryck, utan experimentella tester eller resurskrävande kvantmekaniska beräkningar.
Lättare att förutse kemiska reaktioner
– Idag behövs mycket tid och resurser läggas både på experiment och kvantmekaniska beräkningar för att söka efter intressanta föreningar som kan bildas under höga tryck. På grund av detta har bara en bråkdel av alla möjliga föreningar kartlagts. Vår artikel är en guide som hjälper till att ta reda på var vi ska söka och vilka föreningar vi kan förvänta oss när material utsätts för höga tryck, säger Martin Rahm, forskarassistent inom kemi på Chalmers, som lett studien.
När atomer utsätts för höga tryck förändras deras egenskaper radikalt. Den publicerade studien visar hur atomernas elektronkonfiguration och elektronegativitet förändras när trycket successivt stiger. Elektronkonfigurationen är själva grundbulten i det periodiska systemet och bestämmer vilken grupp i systemet de olika atomerna tillhör.
En tredje dimension till periodiska systemet
Elektronegativiteten är också ett centralt koncept inom kemivetenskap och kan ses som en tredje dimension av det periodiska systemet. Elektronegativitet ger en uppfattning om hur starkt olika atomer attraherar elektroner. Det är viktigt att ha kunskap om både elektronkonfiguration och elektronegativitet för att förstå hur atomer reagerar med varandra för att bilda olika material. Atomer som normalt inte går att kombinera kan vid höga tryck skapa aldrig tidigare skådade föreningar med unika egenskaper. Sådana material kan inspirera forskare att försöka tillverka dem under mer normala förhållanden, och ge oss ny insikt i hur vår värld fungerar.
– Väldigt fascinerande kemiska strukturer och egenskaper uppkommer under högt tryck, och reaktioner sker som är omöjliga under normala förhållanden. Mycket av det man som kemist har lärt sig om grundämnenas egenskaper stämmer inte längre. Man kan helt enkelt ta mycket av sin kemiutbildning och kasta ut den genom fönstret! I tryckdimensionen finns otroligt många nya kombinationer av atomer att undersöka, säger Martin Rahm.
Diamant ett exempel
Ett välkänt exempel på vad som kan ske under högre tryck är bildandet av diamant från grafit. Ett annat exempel är polymerisation av kvävgas, där kväveatomer tvingas bindas samman i ett nätverk. De två exemplen är helt olika varandra. Lättar man på trycket blir kolet kvar i en diamantkonfiguration medan kvävet återgår till gasform. Om man skulle lyckas bibehålla polymerstrukturen av kväve även vid normaltryck skulle detta utan tvekan var den mest energirika kemiska föreningen på jorden.
Atomernas struktur ändras
Vid höga tryck närmar sig atomer och molekyler varandra, vilket påverkar deras elektroniska och atomära struktur. Bland annat leder detta till att halvledare och isolatorer kan förvandlas till metaller.
Det hör till ovanligheterna att ämnen som bildas under högt tryck har kvar sin struktur och sina egenskaper när trycket återgår till normalt.
Flertalet forskargrupper använder idag höga tryck för att skapa supraledare, material som kan leda ström utan motstånd. Några av dessa högtryckssupraledare fungerar nära rumstemperatur. Skulle ett sådant material även fungerar vid normala tryck skulle det vara revolutionerande för till exempel förlustfri kraftöverföring och billigare magnetisk levitation.
– Främst ger vår studie spännande möjligheter till att föreslå nya experiment som kan förbättra vår förståelse av grundämnena. Även om många material som skapas i sådana experiment visar sig vara instabila vid normala tryck ger de oss ändå insikt i vilka egenskaper och fenomen som är möjliga. Stegen därefter blir att hitta andra vägar för att nå samma resultat, säger Martin Rahm.
Forskning under höga tryck
Forskningen förutspår hur egenskaperna hos 93 av de 118 grundämnena i det periodiska systemet förändras när trycket stiger från 0 pascal till 300 gigapascal (GPa). 1 GPa är ungefär lika med 10 000 gånger trycket vid jorden yta. 360 GPa motsvarar det extremt höga tryck som finns i vår planets mitt. Tekniker för att återskapa dessa tryck finns i olika laboratorium, till exempel med hjälp av diamantpressar eller chockexperiment.
– Det tryck som vi är vana vid på jordens yta är egentligen ovanligt, sett ur ett större perspektiv. Förutom att förbättra förutsättningarna för högtrycksmaterialforskning på jorden, kan vårt arbete även möjliggöra bättre förståelse för processer som sker inuti andra planeter och månar. Till exempel finns solsystemets största hav många mil under isen på Jupiters måne Ganymedes, och i de stora gasjättarna är trycket enormt, säger Martin Rahm.
Om studien:
Studien genomfördes genom att i en matematisk modell placera varje atom i mitten av en sfär. Effekten av ett ökat tryck simulerades genom att sfärens volym successivt minskades. Atomernas egenskaper vid olika kompressionsgrader kunde då tas fram genom kvantmekaniska beräkningar.
Forskningen utfördes tillsammans med kollegorna Roberto Cammi, vid University of Parma samt Neil Ashcroft och nobelpristagaren Roald Hoffmann, båda från Cornell University.
www.rahmlab.com
Vetenskaplig artikel:
Squeezing All Elements in the Periodic Table: Electron Configuration and Electronegativity of the Atoms under Compression (Journal of the American Chemistry Society)
