Pär Kurlberg

Pristagare 2010
Pär Kurlberg Foto: Ann-Britt Öhman

MATEMATIK: Kvantkaos är (inte) granne med kvantmekanik

Pär Kurlberg, född 1969 (40 år), är professor i matematik vid Kungliga Tekniska högskolan, Stockholm.

Kurlbergs forskning kretsar kring arbeten inom talteori med anknytning till matematisk fysik och dynamik, speciellt studiet av så kallat kvantkaos. Den centrala frågeställningen inom kvantkaos är att förklara sambandet mellan klassiskt kaos och kvantmekanik. I ett kaotiskt system blir små skillnader i begynnelsevillkor snabbt förstärkta, vilket omöjliggör förutsägelser långt fram i tiden. I kvantmekanikens våglika värld blir däremot partikelbanor ”utsmetade”, vilket verkar utesluta den mycket komplicerade bilden av tätt sammanflätade men divergenta banor som kännetecknar kaos. En grundläggande fråga är hur kaos kan ”skapas” i ett universum som i grunden är kvantmekaniskt. Ett exempel på ett kaotiskt system är en punktformad boll som rör sig friktionsfritt på ett stadiumformat biljardbord. För nästan alla val av startpunkt och riktning kommer bollen att ”ha närmat sig alla punkter från alla håll”, så kallad ergodisk rörelse. En kvantmekanisk motsvarighet till ergodicitet är att stationära tillstånd är likformigt fördelade.

Vid numeriska experiment har man emellertid funnit kvantärr, att vissa stationära tillstånd koncentrerar sig längs slutna banor. Finns dessa ärr vid godtyckligt stora energier? För allmänna kaotiska system verkar frågan svår att besvara, men i vissa fall kan talteoretiska metoder användas; för så kallade CAT maps har ärrbildning uteslutits för desymmetriserade stationära tillstånd – ett av de första rigorösa resultaten inom området. På lite längre sikt kan forskningsresultat inom kvantkaos få tillämpning inom mikroelektroniken och torde därför vara av intresse för dator- och kommunikationsindustrin.

Kontakt
Tel 070-794 99 67
Mail kurlberg@math.kth.se
Webbplats

William Agace

Pristagare 2010
William Agace

MEDICIN: Tarmen har många svar

William Agace, född 1967 (42 år) är professor i experimentell medicinsk vetenskap och chef för avdelningen för immunologi vid Biomedicinskt centrum, Lunds universitet.

Hans forskning är huvudsakligen inriktad på slemhinnornas immunologi och mer specifikt på att öka förståelsen kring de komplexa mekanismer som reglerar tarmens immunsvar. Tarmens slemhinna utgör kroppens största kontaktyta mot den yttre miljön och utsätts kontinuerligt för ämnen och strukturer som vi får i oss genom vår mat och från tarmens bakterieflora. Under normala förhållanden utvecklar tarmens immunsystem tolerans för dessa ofarliga ämnen och strukturer, samtidigt som immunsystemet kan generera ett ändamålsenligt försvar mot de många sjukdomsalstrande virus, parasiter och bakterier som kan infektera tarmen. Men inte ens tarmen är perfekt utan det förekommer även att dess immunförsvar överreagerar vilket kan bidra till en rad tarmsjukdomar såsom Crohns sjukdom, Ulcerös kolit, celiaki (glutenintolerans) och annan födoämnesöverkänslighet samt till olika inflammatoriska problem annorstädes (t.ex. i leder, hud och ögon).

Agaces forskning är fokuserad på att förstå de underliggande mekanismerna som reglerar tarmens immunsvar. Agaces grupp har bidragit till att identifiera några av de centrala molekylära signalvägarna som styr rekryteringen av lymfocyter (en typ av vita blodkroppar) till tarmens slemhinna. Flera av dessa signalvägar är nu huvudkandidater i pågående kliniska läkemedelsprövningar för behandling av tarmsjukdomar. På senare år har hans grupp varit betydelsefull i karakteriseringen av så kallade dendritiska celler (en grupp av immunceller med nyckelfunktioner i kroppens immunsvar) som anses styra aktiveringen av lymfocyter i mjälten och lymfkörtlar, samt lymfocyternas efterföljande transport till slemhinnan. Hans forskning ger ökad kunskap om ifall dessa celler kan leda fram till nya målstyrda behandlingsalternativ mot inflammatoriska tarmsjukdomar, samt till förbättrade möjligheter att utveckla vaccin för att stärka slemhinnors immunsvar.

Kontakt
Tel 0705-22 14 66
Mail william.agace@med.lu.se
Webbplats

Jussi Taipale

Pristagare 2011
Jussi Taipale
Foto: Ulf Sirborn /Bildmakarna

MOLEKYLÄR BIOLOGI: Molekylära mekanismer bakom cancerutveckling

Jussi Taipale, född 1968 (42 år), är professor i medicinsk systembiologi vid Karolinska Institutet.

Han utnyttjar systembiologi och genomik (kunskapen om arvsmassans uppbyggnad och funktion) för att studera 1) varför det krävs ett så stort antal gener för cancerutveckling, 2) varför olika typer av gener är muterade vid olika former av cancer, och 3) vad som är gemensamt för all cancerutveckling. Taipales forskargrupp ämnar främst att med hjälp av funktionsgenomik och RNA-interferens (RNAi) identifiera alla gener som är nödvändiga för celldelning.

Utifrån detta kommer de att med systembiologiska metoder identifiera målgener för onkogener (arvsanlag som har förmåga att omvandla en cell till en cancercell) samt identifiera de DNA-sekvenser uppströms eller nedströms om målgenerna som behövs för att reglera gener och celltillväxt. Jussi Taipales forskargrupp studerar bland annat tjocktarmscancer, prostatacancer, hudcancer och bröstcancer.

Kontakt
Tel 08-585 86 895
Mail jussi.taipale@ki.se
Webbplats 

Ellen Moons

Pristagare 2011
Ellen Moons
Foto: Andreas Reichenberg

FYSIK: Organiska solceller för morgondagens bärbara elektronik

Ellen Moons, född 1966 (44 år) är docent i materialfysik vid Karlstads universitet.

Hennes forskning handlar om molekylära halvledande material för optoelektronik, med tillämpning i lysdioder och i solceller. Sådana material tillverkas i tunna skikt av elektriskt ledande polymerer och molekyler genom att en lösning av komponenterna sprids ut på ett fast, roterande, underlag, så kallad spin-coating. En komplex struktur av domäner i skiktet bildas på grund av att komponenterna fasseparerar när lösningsmedlet avdunstar. Målet är att kunna kontrollera fasseparationen så att molekylernas fördelning i skiktet, den så kallade morfologin, kan varieras på ett förutsägbart sätt som är fördelaktigt för solcellens elektriska prestanda. Morfologin i skiktet undersöks med hjälp av moderna metoder som atomkraftmikroskopi och röntgenabsorptionsspektroskopi.

Dagens kiselbaserade solceller är dyra eftersom tillverkningsprocessen är tidskrävande. Tunna kiselskivor är spröda, vilket gör att de inte är integrerbara med flexibla ytor. Därför utvecklas mjuka solceller gjorda av organiska föreningar. I laboratorier världen över undersöks nya materialkombinationer för att göra effektiva, lätta, och hållbara organiska solceller som kan massproduceras. Modern informations- och kommunikationsteknik kräver mobila instrument med integrerad strömförsörjning. Organisk optoelektronik i kombination med små kraftfulla batterier möjliggör en utveckling av nya produkter.

Kontakt
Tel 0708-66 02 09
Mail ellen.moons@kau.se
Webbplats

Fahmi Himo

Pristagare 2011
Fahmi Himo

KEMI: Datorberäkningar förklarar katalytiska processer

Fahmi Himo, född 1973 (37 år), är professor i kvantkemi vid Stockholms universitet och är verksam vid Institutionen för organisk kemi.

Hans forskning är inriktad mot utveckling och tillämpning av kvantkemiska modeller för att studera både enzymatisk och homogen katalys. Kvantkemiska beräkningar har under senare år fått allt större betydelse för förståelsen av katalytiska processer inom både kemi och biologi. De viktigaste anledningarna till detta är dels den enorma utvecklingen på datorsidan men också framtagandet av nya teoretiska redskap, framförallt så kallade täthetsfunktionalsmetoder (DFT från engelskans Density Functional Theory). Dessa metoder gör det möjligt att med hög noggrannhet studera mycket större system jämfört med traditionella metoder. Under de senaste tio åren har Himo framgångrikt använt sig av dessa metoder för att studera hur enzymer fungerar på atomnivå.

Genom systematiska undersökningar har han och hans forskargrupp utvecklat och förfinat denna metodologi, vilket har möjliggjort studiet av ett stort antal enzymer tillhörande flera olika enzymfamiljer. Detaljerade reaktionsmekanismer har tagits fram och många obesvarade frågor har kunnat lösas. En annan del av Himos forskning handlar om att studera homogen katalys. Ett flertal reaktioner som katalyseras av både organiska molekyler och metallkomplex har undersökts och kunskap om både reaktivitet och selektivitet har utvecklats. Himos forskning är alltså fokuserad på grundläggande reaktionsmekanismer, men förståelsen av dessa processer kan ha många praktiska tillämpningar. Många läkemedel, till exempel, fungerar genom att blockera vissa enzymer och om man förstår i detalj hur dessa enzymer katalyserar sina reaktioner kan man i förlängningen skapa nya förbättrade läkemedel. På motsvarande sätt kan detaljerad kunskap om mekanismer för organiska reaktioner leda till optimering av dessa samt till att hitta nya katalysatorer för industriell användning.

Kontakt
Tel 08-16 10 94
Mail himo@organ.su.se
Webbplats

Hans Ringström

Pristagare 2011
Hans Ringström

MATEMATIK: Matematiska problem inom kosmologin

Hans Ringström, född 1972 (38 år), är akademiforskare i matematik och docent i matematik vid Kungliga Tekniska högskolan, Stockholm.

Ringströms forskning kretsar kring matematiska problem som uppstår vid studiet av Einsteins allmänna relativitetsteori, speciellt kosmologi. Ett grundantagande i modern kosmologi är den så kallade kosmologiska principen, att rummet är homogent och isotropt; med andra ord, i ett givet ögonblick i tiden ser man ingen skillnad mellan olika punkter i rummet (homogenitet) och inte heller mellan olika riktningar (isotropi). Om man gör dessa antaganden leds man till standardmodellerna av universum. Dessa börjar med en big bang för att sedan expandera för evigt eller kollapsa igen. Eftersom de starka antagandena strikt taget inte är korrekta är det av intresse att analysera vad som händer om man släpper på dem. Får man en big bang med godtyckligt starka gravitationsfält?

En relaterad fråga gäller ovan nämnda modellers stabilitet. Man kan betrakta Einsteins ekvationer som ett begynnelsevärdesproblem, och frågan är vad som händer om man tar ett initialt tillstånd motsvarande en standardmodell och stör det lite grand; blir den resulterande rumstiden ungefär likadan? Ytterligare en fråga av intresse gäller universums globala form. Homogenitets- och isotropiantagandena leder till starka begränsningar, men vad begränsningarna blir om man enbart kräver att universum är nästan homogenet och isotropt är allt annat än klart.

Kontakt
Tel 070-665 84 31
Mail hansr@kth.se
Webbplats 

Torkel Klingberg

Pristagare 2011
Torkel Klingberg
Foto: Ulla Montan

MEDICIN: Hur kan man förbättra arbetsminnet?

Torkel Klingberg, född 1967 (44 år) är professor i kognitiv neurovetenskap vid Karolinska Institutet.

Hans forskning rör hur hjärnan mognar under barndomen och hur den formas av erfarenhet och träning. En forskningslinje handlar om hur arbetsminne kan tränas genom datoriserad träning, något man tidigare inte trodde var möjligt. I en serie studier har hans forskargrupp dokumenterat de psykologiska effekterna av träning, liksom vad som händer i hjärnan. Resultaten har rönt stort intresse internationellt och gett upphov till forskning kring träning av kognitiva effekter, och studier om just träning av arbetsminnet pågår nu vid ett stort antal universitet världen över.

Metoden har också översatts till klinisk praktik som metod för att förbättra arbetsminne och uppmärksamhet hos barn med nedsatt arbetsminne, bland annat barn med ADHD. Torkel Klingberg har också forskat kring hur mognaden av grå och vit substans i hjärnan är kopplad till utveckling av olika kognitiva funktioner under barndomen. Han leder just nu ett stort projekt för att kartlägga kopplingen mellan gener, miljö och hjärnans utveckling hos barn och hur detta påverkar arbetsminne och skolfärdigheter.

Kontakt
Tel 08-524 863 59
Mail torkel.klingberg@ki.se
Webbplats 

Jarone Pinhassi

Pristagare 2012
Carone Pinhassi Foto: Neus Latorre-Margalef

MOLEKYLÄR BIOLOGI: Marina bakterier påverkar havets kol- och energiflöden

Jarone Pinhassi, född 1969 (42 år), är docent i mikrobiologi vid Linnéuniversitetet,Kalmar.

Han bedriver forskning om marina bakteriers biologiska mångfald, ekologi, fysiologi och genomik (arvsmassans uppbyggnad och funktion) för att fastställa bakteriernas roll i kolets och närsalternas kretslopp i havet. Till skillnad från liv på land domineras livet i havet av mikroorganismer. Nära hälften av all fotosyntes på jorden – och därmed halva globala syreproduktionen – utförs av marina mikroskopiska alger. De producerar det organiska material som utgör grunden för näringskedjan i havet. Bakterier är de huvudsakliga nedbrytarna av restprodukter i havet och omsätter nära hälften av det organiska material som algerna producerat. Framstegen i genetik och molekylärbiologi gör det nu möjligt att studera och förstå hur kolets kretslopp regleras av bakterier över olika rumsliga och tidsmässiga skalor i den naturliga miljön.

I experimentella studier har Jarone Pinhassi visat att marina bakterier i världshaven effektivt kan utnyttja solljus för både tillväxt och förbättrad överlevnad tack vare det nyupptäckta och unika ljusfångande pigmentet proteorhodopsin. Detta protein är bland annat besläktat med det pigment i näthinnan som möjliggör mörkerseendet hos människan. Det är nu angeläget att närmare identifiera och kvantifiera de molekylära mekanismer som möjliggör för bakterier att påverka globala kol- och energiflöden.

Kontakt
Tel 070-275 63 18
Mail jarone.pinhassi@lnu.se
Webbplats

Fredrik Höök

Pristagare 2012
Fredrik Höök

FYSIK: Förbättrade studier av cellers ytterhölje på atomnivå

Fredrik Höök, född 1966 (45 år) är professor i biologisk fysik vid Chalmers tekniska högskola.

I sin forskning studerar han de molekyler som bygger upp, och de reaktioner som kontrolleras av, levande cellers ytterhölje, det så kallade cellmembranet. Allt liv bygger på komplexa nätverk av en enastående växelverkan mellan olika biologiska molekyler. Av central betydelse är de reaktioner som ansvarar för molekylär kommunikation inom och mellan celler. Dessa reaktioner kontrolleras av just cellmembranet: en 5 nanometer (miljondels millimeter) tunn men otroligt komplex vätskeliknande hinna. Cellmembranets betydelse illustreras tydligt av att mer än hälften av dagens läkemedel har membranbundna molekyler som mål. Trots detta är kunskapen om hur cellmembranet styr så oerhört komplexa processer fortfarande ofullständig. Detta beror mycket på att existerande analysmetoder inte är tillräckligt känsliga för att isolera och anrika cellmembranets olika byggstenar.

I sin pågående forskning angriper Fredrik Höök denna utmaning genom att utnyttja att cellmembranet faktiskt uppför sig som en vätska, om så endast i två dimensioner. I kombination med att membranbundna molekyler av olika storlek och struktur rör sig olika fort när de utsätts för en extern kraft, hoppas han kunna utveckla nya metoder för att såväl separera som anrika cellmem-branets byggstenar – utan att först behöva avlägsna dem från sin naturliga miljö. Det långsiktiga målet är att bidra till att vi en dag lyckas förstå cellmembranets funktion som vi idag börjar förstå de biologiska molekyler som är lösliga i vatten. Fredrik Höök samarbetar med både teoretiker, biologer och medicinare för att kunna effektivisera läkemedelsutveckling, diagnostisera och neutralisera virusinfektioner liksom andra sjukdomstillstånd, såsom t.ex. Alzheimer.

Kontakt
Tel 0708-95 12 39
Mail fredrik.hook@chalmers.se
Webbplats

Luca Jovine

Pristagare 2012
Luca Jovine Foto: Fredrik Hjerling

KEMI: Den molekylära grunden för livets början

Luca Jovine, född 1969 (42 år), är filosofie doktor i röntgenkristallografi, och verksam vid Karolinska Institutet.

Hans forskning syftar till att förstå det mest avgörande steget i befruktningen: det artbegränsade samspelet mellan kvinnliga och manliga könsceller – ägg och spermier. Denna process utgör en grundläggande biologisk roll genom att överföra genetisk information från en generation till nästa och bidrar till att definiera individualitet hos organismerna som uppkommer genom föreningen av könsceller. Samtidigt kan mutation i gränssnittet mellan ägg och spermie skapa hinder för befruktning och skapa infertilitet hos människor – men kan även leda till bildandet av nya djurarter.

Trots decennier av forskning, vet man ännu inte säkert hur könsceller känner igen varandra. Luca Jovines forskning har börjat belysa detta viktiga steg i utvecklingen genom att använda röntgenkristallografi för att visualisera 3D-strukturen av ett protein kallat ZP3. Detta protein som finns på äggets extracellulära hölje är det som man tror först binder till sperman vid befruktningen. Genom att avslöja grundläggande drag i hur djuräggs ytkikt är uppbyggda och identifiera molekylära faktorer som är inblandade i samspelet med sperma, har Luca Jovine föreslagit att befruktningsproteiner från evolutionärt avlägsna organismer kan vara mer lika än vad man tidigare trott. Genom att utforska strukturen av komplex mellan motsvarande molekyler på könsceller kommer Luca Jovines forskargrupp bidra till kunskapen om mänsklig infertilitet och utveckling av nya typer av målinriktade icke-hormonella preventivmedel.

Kontakt
Tel 070-149 70 14
Mail luca.jovine@ki.se
Webbplats