Optical Tweezers for Single Molecule Biology

Molecular machinery on the micro-scale, believed to be the fundamental building blocks of life, involve forces of 1-100 pN and movements of nanometers to micrometers. Micromechanical single-molecule experiments seek to understand the physics of nucleic acids, molecular motors, and other biological systems through direct measurement of forces and displacements. Optical tweezers are a popular choice among several complementary techniques for sensitive force-spectroscopy in the field of single molecule biology. The main objective of this thesis was to design and construct an optical tweezers instrument capable of investigating the physics of molecular motors and mechanisms of protein/nucleic-acid interactions on the single-molecule level. A double-trap optical tweezers instrument incorporating acousto-optic trap-steering, two independent detection channels, and a real-time digital controller was built. A numerical simulation and a theoretical study was performed to assess the signal-to-noise ratio in a constant-force molecular motor stepping experiment. Real-time feedback control of optical tweezers was explored in three studies. Position-clamping was implemented and compared to theoretical models using both proportional and predictive control. A force-clamp was implemented and tested with a DNA-tether in presence of the enzyme lambda exonuclease. The results of the study indicate that the presented models describing signal-to-noise ratio in constant-force experiments and feedback control experiments in optical tweezers agree well with experimental data. The effective trap stiffness can be increased by an order of magnitude using the presented position-clamping method. The force-clamp can be used for constant-force experiments, and the results from a proof-of-principle experiment, in which the enzyme lambda exonuclease converts double-stranded DNA to single-stranded DNA, agree with previous research. The main objective of the thesis was thus achieved. The developed instrument and presented results on feedback control serve as a stepping stone for future contributions to the growing field of single molecule biology.

Kronisk njursjukdom hos typ 1 diabetiker utan albuminuri

Inledning Diabetisk nefropati är den mest fruktade diabeteskomplikationen. Utvecklingen av nefropati har redan länge undersökts genom mätning av mängden albuminutsöndring i urinen. Nyligen har man upptäckt att njurfunktionen kan vara nedsatt oberoende av albuminuri. Mål Att undersöka prevalensen samt associationer av kronisk njursvikt utan albuminuri (nonalbuminuric renal disease eller NARD) hos typ 1 diabetiker. Betydelsen av blodtrycksmedicinering, speciellt ACE-/AT2-inhibitorer, behandlas också. Material och metoder Studien ingår i den nationella multicenterstudien FinnDiane. En population på ca. 4000 typ 1 diabetiker har analyserats. Patienter med nefropati utan albuminuri identifierades. Statistiska analyser gjordes med SPSS 19.0. Njurfunktionen (eGFR) estimerades med CKD-EPI ekvationen. Resultat Prevalensen av NARD inom den normoalbuminura gruppen var 3,5%, prevalensen hos män 1,0% samt hos kvinnor 5,4%. Sammanlagt 79 patienter med NARD (12 män och 67 kvinnor) identifierades. ACE-/AT2-inhibitorer kan påverka prevalensen av NARD men inte statistiskt signifikant (p=0,067). Risken för progression av NARD till mikroalbuminuri var betydligt större hos denna grupp (p=0,006) i jämförelse med den normoalbuminura gruppen med normal njurfunktion. I en överlevnadsanalys framkom att mortaliteten var högre inom mikroalbuminuri-gruppen än inom NARD-gruppen (p<0,001, ålders- samt könskorrigerat). Diskussion Prevalensen av NARD var lägre än i motsvarande studier utomlands på typ 2 diabetiker. NARD patienterna hade en ökad risk för progression till mikroalbuminuri men inte en ökad mortalitet. ACE-/AT2-inhibitorerna kan delvis förklara NARD fenomenet. Nya studier med ett större antal NARD patienter behövs för en noggrannare utredning.

EFFEKTUTVÄRDERING INOM FÖRETAGANDEUTBILDNING

Effektutvärdering inom företagandeutbildning är ett forskningsfält som karakteriseras av brist på modeller ifråga om utvärdering. De få och hittills existerande utvärderingsmodellerna verkar ha förbisett de pedagogiska variablerna såsom utbildningens innehåll och metoder. Därför har det varit problematiskt att beskriva företagandeutbildningen i högskolor och analysera hur företagandeutbildningen bidrar till studerandes inlärning och deras förmåga att utnyttja kunskapen i näringslivet. Avhandlingen som är en deduktiv studie granskar den tidigare forskningen på området och förespråkar en tvärvetenskaplig ansats vid mätning och presentation aveffekter inom företagandeutbildning. Den nya modellen, ROEE-modellen, bidrar till teoribildningen om lärandets ”vad” och lärandets ”hur” inom företagandeutbildningen. En av de första teorierna om inlärning (Herbart 1776-1841) och Kirkpatricks (1998) fyra-stegs modell för kursutvärdering byggs ut med en ny referensram baserad på examensutbildning inom företagande. En intressant aspekt metodmässigt utgör att försöksplanering och diagnostik inom medicinens område tillämpas på företagandeutbildningen. Avhandlingen visar att variabeln innehåll i företagandeutbildningen inom examensutbildning har en klar koppling till beteendet. Ett välavvägt innehåll kan utnyttjas i arbetslivet såväl av entreprenören som av intraprenören. Vid metodval i undervisningen visar den empiriska undersökningen att variation i metoder ger de positivaste upplevelserna.