Biofysik och biofotonikgruppen

Under ledning av Magnus Andersson utvecklar forskargruppen för biofysik och biofotonik: optiska pincetter för cell manipulation, kraftmätningar av biopolymer och receptorer; laser Raman optiska pincetter för karakterisering av enskilda celler; bildbehandlingsalgoritmer; mikrofluidik; hög-hastighetstekniker.

Vi utvecklar och applicerar de avancerade optiska teknikerna för att studera biologiska system. Framför allt utvecklar vi optiska pincetter som kan mäta krafter på individuella makromolekyler och kombinerade optiska pincetter med Raman spektroskopi för studier på individuella celler. 

Fördjupande läsning  finns på vår egen webbplats.

Infektionsbiologi

Gruppen driver två projekt riktade mot att undersöka hur bakterier fäster till ytor med pili samt hur bakteriesporer kan motstå värme, strålning och kemikalier.

Hur fäster bakterier mot ytor?

Multiresistenta bakterieinfektioner ökar i alarmerande takt i både utvecklings- och industriländer. Vi måste därför omgående ta tag i problemet med multiresistens och utveckla nya effektiva metoder samt ämnen och material som kan avväpna och hindra bakterierna från att orsaka infektioner. Men för att uppnå detta måste vi öka vår kunskap kring infektionsprocessen och hitta vilka delar vi ska angripa. Eftersom bakterier först måste fästa mot värdceller för att skapa en infektion, är en av strategierna att försvåra bakteriernas förmåga att fästa. Därför måste vi bättre förstå hur bakterier lyckas fästa och hålla sig kvar i deras naturliga miljö.

Vi fokuserar på att kartlägga bakteriers vidhäftningsmekanism. Framförallt försöker vi förstå hur patogena Escherichia coli-bakterier lyckas binda till värdceller i olika miljöer, som i tarmarna eller urinvägarna. Till exempel så har det visat sig att - för att kunna infektera en värdcell har bakterier utvecklat effektiva och unika sätt att anpassa sig till sin miljö. Matsmältningsapparaten, främst då tarmarna, är en miljö som ofta blir drabbad av patogena bakterier. Till exempel så orsakar den enterotoxiska bakterien Escherichia coli (ETEC) kraftfull diarré, en sjukdom som påverkar >200 miljoner personer per år varav ~2 miljoner dör. De flesta av dessa lever i utvecklingsländer.

I tarmen vidhäftar ETEC-bakterier till mikrovilli som är korta utskott på vävnaden, och där utsätts ETEC för starka vätskeflöden som genereras av den peristaltiska rörelsen i tarmarna. Dessa flöden orsakar höga skjuvkrafter vilka bakterier måste motstå för att inte spolas bort. För att överleva i en sådan tuff miljö, uttrycker ETEC-bakterier 1-2 mikrometer långa trådar på sin yta, så kallade fimbrier, som kan fästa till värdens vävnad. Vi karakteriserar de biomekaniska egenskaperna hos dessa fimbrier med hjälp av kraftmätande optiska pincetter. Med en optisk pincett kan vi mäta krafter som är mindre än 10^-12 N (dvs pN).

Vi har under de senaste åren framgångsrikt undersökt fimbriers mekanik från bakterier som orsakar diarrésjukdomar, urinvägsinfektion, och som fäster till material i sjukhusmiljö. Vi har därmed fått en bra bild över hur de hjälper till för att fästa bakterier till ytor. Även om vi lyckats karakterisera flertalet fimbrier finns många frågor kvar om hur bakterier använder dessa fångstarmar för att hålla sig fast i flöden och vilken roll dessa har vid infektion.

Hur kan bakteriesporer vara så motståndskraftiga mot värme och kemikalier?

Sporbildande bakterier som orsakar sjukdomar, förstör mat och ger upphov till matförgiftning utgör en fara och belastar samhället med enorma kostnader. Sporerna är dessutom mycket motståndskraftiga mot värme, strålning och kemikalier vilket gör dem mycket svåra att avdöda. Sporers motståndskraft, robusthet och sjukdomsalstrande förmåga, är därför en utmatning för exempelvis sjukvården och livsmedelsindustrin, samt möjliggör att de kan användas som biologiska stridsmedel.

För att hantera dessa utmaningar, är det viktigt att vi förstår sporernas uppbyggnad och att det finns pålitliga sanerings- och indikeringsmetoder. Vi vill i detta tvärvetenskapliga projekt att lösa följande forskningsfrågor:

• Hur sker förloppet för de biokemiska och morfologiska förändringarna när bakteriella sporer utvecklas?
  
  
• Hur påverkar olika avdödningsmedel bakteriens livscykel och hur avdödar man sporer mest effektivt?
  
  
• Hur indikerar man sporer beröringsfritt och hur urskiljer man patogena sporer från naturlig bakgrund?

Resultaten från dessa studier kommer ge oss ökad förståelse om bakteriernas livscykel och tidsskalan på de molekylära processer som inträffar i sporer vid utveckling och när de utsätts för olika avdödningssätt exempelvis baserade på kemikalier, strålning och värme. Denna kunskap kommer öka vår insikt om sporernas robusthet och hur vi ska detekterar dem, samt insikt om mekanismer på molekylär nivå. Detta ger oss därmed uppslag till nya strategier för bekämpning av patogena sporbildande bakterier.