Endnu et søm i kisten?

Siden slutningen af 1980'erne har teorien om, at aids skyldes en menneskelig fejl, været stærkt omdiskuteret. Den er blevet dømt som forkert, likvideret og kastet i graven mange gange, men fortsætter med at stikke hovedet frem. Nu mener forskere at have fundet et endeligt bevis for, at aids har en naturlig oprindelse.

Læs hele artiklen i pdf

Spørgsmålet om, hvordan HIV sprang over fra aber til mennesker, har været en varm kartoffel siden slutningen af 1980'erne, hvor de to sydafrikanske virologer Jennifer Alexander og Mike Lecatsas som de første foreslog, at HIV, og dermed aids, måske skyldes en forurenet polio-vaccine. Vaccinen skulle efter sigende ved en fejl (eller dumhed) være blevet dyrket på chimpansenyrer, der indeholdt SIV, som er den umiddelbare forgænger til HIV, og givet oralt til over en million børn og voksne i blandt andet Leopoldville (nu Kin­shasa) i Belgisk Congo i perioden 1957-60.

Mange argumenter for og imod teorien har været fremme, og i en ny artikel i fagbladet Nature skriver Michael Worobey sammen med blandt andre Thomas Gilbert fra Biologisk Institut, Københavns Universitet, at et hidtil ukendt tilfælde af HIV-smitte hos en person fra Leopoldville i 1960 placerer HIV-smittens oprindelse tilbage til 1908 - altså lang tid før, der blev lavet poliovacciner. I stedet for den spekulative teori om den forurenede orale poliovaccine (kaldet OPV-teorien) mener Worobey og Gilbert derfor, at den gængse 'Bush meat'-teori er rigtig, dvs. at SIV blev overført 'naturligt' til mennesker ved bid eller ved tilberedning af chimpansekød.

Nye beviser
»Vores analyser har slået et søm i OPV-teoriens kiste,« siger Thomas Gilbert til Ingeniøren. »Vores undersøgelser peger på, at aids' oprindelse må findes meget længere tilbage i tiden. Andre data viser, at der har været mindst tre tilfælde af SIV-overførsel mellem chimpanser og mennesker igennem tiden, og at det er den voldsomme befolkningstilvækst i storbyerne, der i sidste ende gjorde HIV-smitten til en pandemi.«

Worobey og Gilbert analyserede 27 gamle vævsprøver fra Leopoldville/Kinshasa, og fandt et fragment af HIV-1 i én af dem. Den stammer fra en lymfeknude hos en afrikansk kvinde fra 1960. Hidtil har man kun kendt til et enkelt tilfælde af HIV-smitte før 1976, og det stammer fra en engelsk sømand fra 1959. Ved at sammenholde de to sekvenser kunne forskerne vise, at de to sekvenser er knap 12 procent forskellige.

Forudsat at mutationerne i de to varianter foregik med en konstant rate, som på en metronom, behøvede forskerne blot at regne tilbage i tid for at se, hvornår de to sekvenser havde deres fælles oprindelse. Metoden kaldes det molekylære ur og baserer sig på en hypotetisk rekonstruktion af virusets fylogenetiske træ, altså dets afstamning.
Resultatet af supercomputerberegningerne var året 1908, dog med en varians på 40 år (se illustration).

For og imod
Andre er ikke så overbeviste, bl.a. Edward Hooper, der er en af de største fortalere for OPV-teorien. Han forsøgte i 1990'erne at efterspore forbindelsen mellem aids og vaccinationsprogrammerne mod polio i det centrale Afrika og offentliggjorde sine fund i bogen The River fra 1999. Ifølge Hooper er det 'med 98 procents sandsynlighed' givet, at det var den eksperimentelle poliovaccine der var skyld i spredningen af HIV, og ikke tilfældige interaktioner mellem mennesker og chimpanser.

Hooper mener, at de nye data ligefrem bekræfter OPV-teorien. »Den virkelige historie er, at de to ældste vævsprøver af HIV-1 stammer fra netop Kinshasa, der var centrum for de forurenede vacciner mod polio, kaldt Chat«, siger han i en kommentar til Nature-artiklen. Og det faktum, at de to prøver fra hhv. 1959 og 1960 adskiller sig fra hinanden med 12 procent kan »netop være en bekræftelse af, at vaccinen var forurenet med mange forskellige SIV-varianter«, hvorefter de kunne mutere og rekombinere sig hurtigt i befolkningen i og omkring Kinshasa mellem 1957-60.

Det mener Thomas Gilbert er helt forkert, og han beskylder Hooper for konspiration: »Allerede i 2004 blev det af Worobey og mikrobiologen Beatrice Hahn vist, at HIV-1 stammer fra chimpanser fra Cameroon, og ikke fra Congo. Og det giver ikke mening at tro, at Cameroon-chimpanserne blev transporteret flere tusinde kilometer ned til Congo, hvor deres nyrer så blev brugt til at dyrke poliovacciner.«

Hooper siger dog, at det netop var det, der skete. »Dokumenter viser (…) at der var minimum én chimpanse fra Gabon/Cameroon/Brazaville til stede i burene i Stanleyville« (nu Kisangani), som var netop det sted, hvor Chat-vaccinen blev udviklet.

Rekombinerede beviser
Et andet vigtigt spørgsmål i tvisten mellem OPV- og bush meat-teorien er brugen af det molekylære ur til at bestemme virusets alder. Almindelige DNA-sekvenser ændrer sig med tiden via punktmutationer, som er tilfældige, og derfor har en mere eller mindre konstant hændelsesrate. Det betyder, at man i princippet kan regne bagud, og finde tidspunktet for diversificeringen.

Men HIV er (ligesom f.eks. influenza) en RNA-virus, hvor mange kodeændringer ikke foregår via punktmutationer men via rekombination, dvs. via udskiftninger af hele blokke af den genetiske kode.

Ifølge genetikeren Mikkel H. Schierup fra Aarhus Universitet er det derfor problematisk at bruge det molekylære ur på RNA-vira. 'Raten (af rekombination) synes så høj (for HIV), at en fylogenetisk analyse er af meget begrænset værdi. Datering af hændelser i viras fylogenetiske træ er således forbundet med en langt større varians, end det generelt er ønskeligt', skrev Schierup i en artikel sammen med Jotun Hein i 2000.

Gilbert anerkender, at man skal tage højde for rekombinationseffekter, men problemet har vist sig at være mindre end antaget. »Rekombination er almindelig i alle varianter af HIV, men ikke i så høj grad, at det er et problem for vores undersøgelse. Desuden kan man se, hvor der i RNA-sekvensen har været rekombination, og hvor der kun har været punktmutationer. Det har vi selvfølgelig taget højde for i vores beregninger.«

Uden den nye vævsprøve var de tidligere beregninger landet på omkring 1933. Med Worobey og Gilberts nye prøve fra 1960 kunne uret kalibreres på ny, og resultatet er altså cirka 25 år før. »Det hele skifter bagud,« siger Gilbert og regner med, at fremtidige fund vil placere aids' oprindelse endnu længere tilbage i tiden.

»Jeg tror, at OPV-teorien er begravet nu,« siger Gilbert. »Men selvfølgelig, hvis man finder HIV i nogle vævsprøver fra før 1957, vil det slå endnu et søm i kisten.«

Edward Hooper mener modsat, at de nye fund blot får OPV-teorien til at stikke hovedet frem igen. »Det langt mere plausible scenarie er, at forskellige SIV-varianter fra chimpanser krydsede artsbarrieren til mennesket via Chat-vaccinen i de sene 1950'ere,« siger Hooper og tilføjer: »Den bedste måde at diskreditere denne forklaring på er at forbinde den med alskens konspirationsteorier og for en god ordens skyld påstå, at den er 'definitivt forkert'.«

Mikkel Schierup kan godt se, at begge teorier er plausible: »Hvilken teori man tror på, må vel afhænge af, hvad man på forhånd anser for sandsynligt, og her er bush meat-teorien vel heller ikke nogen usandsynlig hypotese,« siger han til Ingeniøren. »Hvis jeg skulle sætte mine sparepenge på oddset vil jeg nok spille på bush meat.


Billedforklaring:
Dette diagram fra Worobey og Gilberts artikel viser HIV-varianter og deres indbyrdes slægtskab. Det er et såkaldt fylogenetisk træ, hvor man antager at man ved hjælp af det molekylære ur kan beregne sig tilbage til en fælles 'forfader' (se tekst). Figuren viser at oprindelsen af hiv er beregnet til ca. 1908 med en varians på mellem 1884-1924. Den tykke sorte bjælke er vævsprøven fra den engelske sømand fra 1959, og den røde bjælke er den nye vævsprøve fra 1960. De tre tykke grå bjælker er kontrolprøver fra kendte aids-patienter. Prøver fra Congo er markeret med en prik i toppen og U angiver uklassificerede sekvenser. Den store grå cirkel med den stiplede kant angiver den store HIV-1 diversitet som eksisterede i Kinshasa i slutningen af 1950erne.

I overbuddets lys

Første ... anden ... tredje ... solgt til den herre. Sådan hører man på auktioner, og sandsynligheden er, at køber er glad, men også snydt. I økonomisk teori hedder det 'vinderens forbandelse', altså risikoen for, at varen er blevet købt for dyrt i forhold til, hvad den egentlig er værd for køber. Utallige eksperimenter viser, at overbud sker i rigtig mange tilfælde. Det er et problem, som ikke kun gør sig gældende på auktioner og børser, men ifølge den græske statistiker John Ioannidis fra Tufts University også ved offentliggørelsen af artikler i de store tidsskrifter. I jagten på at komme i Science eller Nature kan det nemt ske, at det er de lidt for gode og lidt for sensationelle forskningsresultater, der løber med opmærksomheden - på bekostning af mere kedelige, men også mere korrekte resultater.

Der er ikke tale om snyd. Det er et psykologisk problem. Og det er et resultat af selve strukturen i den måde, som man belønner på. Psykologer og neuroøkonomer har prøvet at forklare fænomenet med, at folk er bange for at tabe, eller at de bliver superglade, når de vinder over andre. I en ny artikel i fagbladet Science (pas på overbuddet!) viser Mauricio Delgardo fra University of Pittsburgh, at fænomenet kan skyldes en overiltning af striatum, altså et område i hjernen, som relaterer sig til dopaminproduktion og belønning. Men Delgardo viser også, at der er et stærkt socialt element i menneskers overbud: Når konkurrencen og angsten for at være en social taber er stor nok, mister mange forsøgspersoner jordforbindelsen på et eller andet tidspunkt, og kaster sig ud i vilde bud.

Måske har vi her fat i et væsentligt motiv for kollektive fantasmer. Vores individuelle søgen efter et godt liv får os sjældent til at springe ud over en skrænt i håbet om at flyve. Men når konkurrencen om belønningen er stor nok, og den sociale anerkendelse afhængig deraf, kan det sagtens ske. Og det ser ud til, at den slags overbud sker i alle områder af intellektuel stræben, om det er forskningen, religionen eller almindelig, kapitalistisk spekulation. 'Teorien Om Alt', troen på 'Paradis' og 'Uendelig Vækst' er alle sammen kollektive fantasier fra overbuddets eventyrland. Og mere end det: De kan være virksomme målestokke for vores sociale adfærd. Fysikere kan jage vilde teorier, religiøse mennesker kan blive fundamentalister og almindelige kræmmere kan tage alt for store lån. De føler sig som vindere, og forbandelsen lægger de først mærke til alt for sent, hvis overhovedet.

Også troen på Gud kan i øvrigt forklares i overbuddets lys. Det blev gjort af den berømte matematiker og filosof Blaise Pascal (1623-62), der opfandt følgende gudsbevis: Enten tror man på, at der findes en straffende Gud, eller man gør ikke. Først: Hvis jeg tror, at Gud eksisterer, men han faktisk ikke eksisterer, har jeg ikke tabt det store. Hvis han til gengæld eksisterer, vil jeg have opnået uendelig lykke. Omvendt: Hvis jeg ikke tror på Gud, og han ikke eksisterer, har jeg ikke vundet det store. Men hvis han alligevel viser sig at eksistere, selvom jeg ikke troede på ham, så vil jeg leve i evig lidelse (husk, at Gud straffer dem, som ikke tror på ham!).

Det ville altså være dumt af mig ikke at tro på Gud. Så, med det argument i baghånden - hvorfor ikke tro på alt, hvad de siger på børsen, i fagbladene og i kirken? Der er (næsten) intet at tabe og alt at vinde. Første … anden ... tredje … solgt til den herre.

Vandets vej til træets top

Træer er smukke, træer er livsnødvendige og træer er højteknologi. Forskere har for første gang bygget et fungerende syntetisk system, der kan efterligne træers passive transport af vand fra rod til top. Det er en lille revolution med et utal af fremtidige anvendelsesmuligheder.


Læs hele artiklen som pdf


Da ingeniører i begyndelsen af 1800-tallet byggede de første stationære dampmaskiner for at pumpe vand ud af minerne, kunne end ikke de kraftigste af dem løfte vandet mere end ni meter op igennem røret. Det viste sig at være teoretisk umuligt at komme højere, fordi vandsøjlen i virkeligheden ikke løftes af pumpens 'sug' - men af det atmosfæriske tryk, der skubber væsken op nedefra, når pumpen mindsker trykket i røret. Ved komplet vakuum i røret vil vandet maksimalt kunne stå 10,3 meter højt.

Misundeligt kiggede ingeniørerne på træerne ved siden af minerne. Hvordan kunne træer så klare at løfte vand 40-60 meter - ja, helt op til over 100 meter, som tilfældet er med det store californiske nåletræ Sequoia?

Faktisk har biologer og ingeniører i århundreder spurgt sig selv om, hvad det er for et trick, træer bruger til at transportere vandet fra deres rødder op til deres blade. Den fremherskende teori har været, at træer virker som en væge: Tab af vanddamp fra bladene reducerer vandtrykket i bladet i forhold til det atmosfæriske tryk, hvilket får det flydende vand i jorden til at blive suget passivt op i rødderne, bevæge sig op igennem stammen, og derved udligne trykforskellen til bladene og holde dem vandfyldte.

Processen kaldes transpiration, men den forklarer ikke, hvordan en træstamme er anderledes end et almindeligt sugerør, og derfor heller ikke, hvorfor den er så meget bedre til at transportere vandet opad end de energikrævende pumper.

I 1895 foreslog den irske plante­biolog Henry Horatio Dixon sammen med ingeniøren John Joly, at transporten opad må skyldes vandmolekylernes gensidige tiltrækning, der skaber en form for træk. De kaldte deres mekaniske forklaringsmodel for 'cohesion-tension theory' (sammenhængs-spændtheds-teorien), som gik imod et stort antal biologer, der understøttede en mere vitalistisk teori om en form for aktiv transport. Men helt konkret har man ikke kunnet eftervise teorien før nu, 113 år efter den blev formuleret for første gang.

Negativt absolut tryk
Det er de to kemiingeniører Tobias D. Wheeler og Abraham D. Stroock fra Cornell University i New York, der nu eksperimentelt har bekræftet og forfinet Dixons og Jolys oprindelige idé. Planters fundamentale trick består i at skabe en enorm trykforskel mellem atmosfæren og det indre i bladenes væv.

Inde i vævet, i det såkaldte xylem, er der nanometersmå porer, som holder vandet i en tilstand af 'negativt tryk'. Et begreb, der i klassisk forstand kan synes meningsløst. Der er jo ikke noget, der kan være mindre end ingenting i vakuum, altså ved et tryk på nul.

Men vand er en meget speciel væske. Det kan sættes i en tilstand af negativt absolut tryk, på grund af dets høje overfladespænding. Idet de enkelte vandmolekyler tiltrækker hinanden, kan de sættes sådan sammen, at de trækker i hinanden som i et reb.

Man kender til fænomenet overfladespændning i almindelige vanddråber, der tiltrækker hinanden. Idet vandmolekylerne søger indad i dråben - der, hvor tiltrækningen er størst - vil dråbens overfladeareal altid søge at være så lille som muligt, altså en kugle. Når to dråber derfor rører ved hinanden, vil de trække i hinanden indtil en ny og større, rund dråbe er dannet.

Ifølge termodynamikken kan flydende vand ved negativt tryk kun eksistere i en metastabil tilstand. Vandet har med andre ord tendens til at skifte tilstand fra flydende form til gasform ved ganske små ændringer i enten tryk eller volumen. Hvis dette skete, ville der dannes luftembolismer inde i træet, som ville ødelægge vandtransporten. Men hvis man kan undgå dannelse af disse huller, kan der eksistere et tryk (som snarere burde kaldes et 'træk' eller en 'spændthed') på flere hundrede atmosfærer under nul.

Minutiøs kontrol
For at lave et syntetisk træ, var det derfor vigtigt for forskerne at bruge et materiale, hvori vandets forskellige tilstande kan kontrolleres minutiøst. De fandt det i den hydrogel, der bruges til at lave bløde kontaktlinser af. Ud over at kunne fungere som en væge, består den af bittesmå porer, der gør, at de kapillære processer kan skabe den nødvendige spændthed i væsken. Det betød blandt andet, at porerne måtte have en diameter målt i nanometer.

Hydrogelen gør netop det: Den blander vandet med gelens polymer-netværk, sådan at porerne effektivt er af molekylær størrelse. Ikke mere end ti nm. Det viser sig, at vandet kan være i ligevægt med gelen ved en luftfugtighed på 85 procent og ved et tryk på -220 atmosfærer. Ved at grave små kapillærer ned i gelen, kunne Wheeler og Stroock derfor skabe en struktur på lidt over fem centimeter, der i sin funktion efterligner et træ: To netværk af kapilærer, et til rødderne og et til bladene, forbundet med en enkelt kanal som 'stamme'.

Ved at eksperimentere med vandgennemstrømningen kunne de i en artikel i fagbladet Nature vise, at deres 'syntetiske træ' virker som en negativ trykpumpe, der kan generere op til ti atmosfærer i pumpe-potentiale - hvilket svarer til at trække vand mere end 100 meter op imod tyngdekraften. Til sammenligning er den tidligere rekord med nogle svampelignende strukturer 0,7 atmosfærer.

Bekræfter gammel teori
De to ingeniørers eksperimentelle forsøg og dets resultater er et stærkt tegn på, at Dixons og Jolys oprindelige teori er korrekt. Vandet trækker sig selv op i de lange smalle kapillærer, som et Münchhausen-reb, modsat tyngdekraften, i et evigt forsøg på at udjævne trykforskellen mellem rod og blade. Oppe ved membranen mellem bladet og luften er der en voldsom trykforskel, og når man punkterer et blad vil man også få vandet i de berørte kapillærer til at falde sammen med et plask, men da de er utallige, vil træet stadig kunne pumpe vand op, passivt og mekanisk.

Bortset fra at bekræfte, at transpiration er en mekanisk, og ikke en biologisk, proces, viser eksperimentet også nye veje til at studere vand under spændthed - noget der er et meget underbelyst fænomen.

»Vand er den mest studerede substans i verden, men alligevel findes der en stor metastabil region i dets fasediagram, som endnu ikke er blevet kortlagt,« sagde Stroock i forbindelse med offentliggørelsen af artiklen. Der er stadig masser af åbne spørgsmål i dette område, og det syntetiske træ kunne være et godt værktøj til at undersøge dem.

Teknologiske anvendelser
De teknologiske anvendelser venter nu på at blive udviklet. Træet viser, at der ikke findes nogen fundamental grænse for at gøre brug af væsker ved et stort negativt tryk.

Det mest opsigtsvækkende resultat er, at det syntetiske træ konstant kan ekstrahere væske fra en beholder med undermættet vanddamp (dvs. fra luft med 95 procents luftfugtighed), hvilket betyder, at det vil være teknisk muligt at lave rent vand i områder, der normalt anses for at være for tørre til landbrug, eller som er alt for forurenede til at levere drikkevand.

De syntetiske træer ville også kunne bruges til at udvikle effektive passiv-systemer til overførslen af varme over lange afstande og mod tyngdekraften. For eksempel kunne 'bladene' i sådan et system trække en kølende væske op i en bygning, hvor den så kunne fordampe i solvarmen under taget. Vanddampen ville derefter fordele sig og kondenseres forneden, hvilket ville få temperaturen til at falde.

Et sådant passivt kølingssystem, som kaldes 'heat pipes', bruges allerede på centimeterskala i bærbare computere, hvor varmedampe transporteres ud til ventilatoren. Principperne bag det syntetiske træ ville kunne bruges til at skalere teknologien op i husstørrelse.

Bremset lys ser bedre

Ved at lave små huller i glas og metaller, kan man få lys til at tage det med ro. To danske forskere har nu fået en pris for at bruge fænomenet til at udtænke fintfølende lyssensorer.


Lige siden Lene Hau fik reduceret lysets hastighed til noget, man kunne overhale på en cykel, er farten gået op i laboratorierne for optiske fænomener. Forskerne har blandt andet fundet ud af, at lys ikke blot kan bremses i bestemte underkølede materialer, men også i glas og metaller, hvor man har boret små huller, så lyset løber frem og tilbage og vekselvirker med materialets struktur på en ny måde.

»De huller, vi kigger på, er meget mindre end bølgelængden af lys,« siger Niels Asger Mortensen fra DTU Fotonik, der i onsdags sammen med Sanshui Xiao modtog en forskerpris fra The European Optical Society. Lyspartiklerne vil egentlig ikke kunne komme igennem hullerne. Men det kan de alligevel, forklarer han:

»Fotonerne forårsager nogle kollektive svingninger i metallets elektroner, såkaldte plasmoner, som bærer lyset igennem hullerne af metalfilmen, så det alligevel kommer ud på den anden side.«

Nye sensorer
Grænsen for, hvornår synligt lys kan passere igennem et hul på klassisk vis er cirka 500nm, svarende til bølgelængden af lyset. Ved en mindre hulstørrelse vil det altså kun kunne ske via disse plasmoner. Siden denne opdagelse blev gjort i 1998 har der været en heftig eksperimentel og teoretisk aktivitet for at forstå, hvad der foregår i større dybde. Mortensens og Xiaos bidrag var at undersøge, hvordan man kan bruge fænomenerne til at lave sensorer.

»Når lyset bliver klemt igennem, har man en meget høj koncentration af det optiske felt inde i hullerne. Hvis man placerer et biomolekyle inde i sådan et hul, vil man kunne få et godt overlap mellem lyset og molekylet. Det lys, der kommer tilbage, eller det lys, der kommer igennem, vil bære optiske ‘fingeraftryk’ af molekylet inde i hullet. Typisk vil molekylet ændre den frekvens, hvormed lyset kommer igennem, og på den måde har man mulighed for at detektere biomolekylet.«

Chiralitet og usynlighedskapper
Niels Asger Mortensen og hans forskningsgruppe arbejder overordnet med den teoretiske forståelse af kunstigt skabte, strukturerede materialer, der på forunderlig vis har optiske egenskaber, som naturens egne materialer typisk ikke tilbyder.

Materialerne har potentielle anvendelser inden for sensorområdet til at undersøge biomolekylers chiralitet, dvs. deres tendens til at findes i to versioner, hvor den ene er et spejlbillede af den anden. I visse tilfælde kan de to versioner have vidt forskellig virkning i kroppen, og medicinalindustrien er interesseret i at kunne måle chirale molekyler i deres produktion med flere metoder.

Et andet sciencefiction-inspireret anvendelsesområde er at producere kunstige materialer med et samlet negativt brydningsindeks, der i princippet kan gøre materialer usynlige. I en nylig artikel i fagbladet Nature har nogle forskere fra Berkeley f.eks. lavet et 3D metamateriale i 20-30 lag, der har et negativt brydningsindeks.

»Det er et meget interessant arbejde,« siger Mortensen, »men effekten er der f.eks. ikke for lys, der kommer ind fra alle vinkler. Så der er stadig masser af udfordringer, inden man kan lave de her usynlighedskapper.«

(Billedtekst: Typisk transmissionsspektrum for en tynd metalfilm med et gitter af nanohuller. Den fyldte røde kurve viser hvordan lyset slipper igennem, når hullerne er tomme (n=1,0). Resonansen ved ca. 600 nm skyldes periodiske overflade-plasmoner, og er spektralt relativt upåvirket af materialet i hullerne. Resonansen ved den højere bølgelængde skifter derimod meget, når man gradvis ændrer brydningsindekset i hullerne, svarende til at de fyldes med biomateriale.)

There was an error in this gadget