Fra broer til DNA:civilingeniør på tværs af discipliner

Hvordan er DNA som en bro? Dette spørgsmål er ikke et gåde- eller logikspil, det drejer sig om Johannes Kalliauers doktorafhandling.

Som studerende ved TU Wien i Østrig stod Kalliauer over for en monumental opgave:at kombinere tilgange fra civilingeniør og teoretisk fysik for bedre at forstå de kræfter, der virker på DNA.

Kalliauer, der nu er postdoc ved MIT Concrete Sustainability Hub, siger, at han modellerede DNA, som om det var en stråle, ved at bruge principper for molekylær dynamik til at forstå dets strukturelle egenskaber.

"Mekanikken af ​​meget små objekter, som DNA-spiraler, og store, som broer, er ret ens. Hver kan forstås ud fra Newtonsk mekanik. Kræfter og momenter virker på hvert system og udsætter dem for deformationer som vridning, strækning, og vridning," siger Kalliauer.

Som en artikel fra TU Wien i 2020 bemærkede, observerede Kalliauer en kontraintuitiv adfærd, når han undersøgte DNA på atomniveau. I modsætning til en typisk fjeder, der bliver mindre oprullet, når den strækkes, blev DNA observeret at blive mere såret, efterhånden som dens længde blev øget.

I situationer som disse, hvor konventionel logik ser ud til at bryde sammen, stoler Kalliauer på den intuition, han har fået som ingeniør.

"For at forstå denne mærkelige adfærd i DNA vendte jeg mig til en grundlæggende tilgang:Jeg undersøgte, hvad der var det samme ved DNA og makroskopiske strukturer, og hvad der var anderledes. Civilingeniører bruger metoder og beregninger, som er udviklet gennem århundreder, og som ligner meget dem, jeg har ansat til mit speciale," forklarer Kalliauer.

Som Kalliauer fortsætter, "Bygningsteknik er en utrolig alsidig disciplin. Hvis du forstår den, kan du forstå atomistiske objekter som DNA-strenge og meget store som galakser. Som forsker stoler jeg på, at den hjælper mig med at bringe nye synspunkter til områder som f.eks. biologi. Andre civilingeniører kan og bør gøre det samme."

Kalliauer, der voksede op i en lille by i Østrig, har brugt sit liv på at anvende ukonventionelle tilgange som denne på tværs af discipliner. "Jeg voksede op i en matematikfamilie. Mens ingen af ​​os var ingeniører, indgydte mine forældre en påskønnelse af disciplinen i mig og mine to ældre søstre."

Efter mellemskolen gik Kalliauer på en teknisk skole for civilingeniør, hvor han opdagede en fascination for mekanik. Han arbejdede også på en byggeplads for at få praktisk erfaring og se teknik anvendes i en virkelig verden.

Kalliauer studerede intenst af interesse og arbejdede op mod 100 timer om ugen for bedre at forstå kurser på universitetet. "Jeg stillede lærere og professorer mange spørgsmål og udfordrede ofte deres ideer. Frem for alt andet havde jeg brug for selv at forstå tingene. At klare sig godt til eksamen var en sekundær bekymring."

På universitetet studerede han emner lige fra bilulykkestest til betonhængsler til biologi. Som nyt medlem af CSHub studerer han, hvordan oversvømmelser kan modelleres med den statistiske fysik-baserede model leveret af gitterdensitets funktionsteori.

Ved at gøre dette bygger han på arbejdet fra tidligere og nuværende CSHub-forskere som Elli Vartziotis og Katerina Boukin.

"Det er vigtigt for mig, at denne forskning har en reel indflydelse i verden. Jeg håber, at min tilgang til teknik kan hjælpe forskere og interessenter til at forstå, hvordan oversvømmelser forplanter sig i bymæssige sammenhænge, ​​så vi kan gøre byer mere modstandsdygtige," siger han. + Udforsk yderligere

Molekylære kræfter:DNA's overraskende strækningsadfærd