RAN Newsletter 02/2024 Neues Zentrum für Synthetische Genomik
Die Anwendung und Entwicklung neuer Technologien der DNA-Synthese voranzutreiben, um den Weg für die Herstellung ganzer künstlicher Genome zu ebnen – das ist das Ziel eines neuen interdisziplinären Zentrums, das an der Universität Heidelberg, dem Karlsruher Institut für Technologie und der Johannes Gutenberg-Universität Mainz entsteht. Am Center for Synthetic Genomics sollen neue Entwicklungen in der Synthetischen Genomik durch Grundlagenforschung und Technologieentwicklung unter Einsatz von Methoden der Künstlichen Intelligenz angestoßen werden.
Langfristig soll es so möglich werden, lange DNA-Sequenzen für Anwendungen in der Forschung, den Nanomaterialwissenschaften oder der Medizin zu entwerfen und herzustellen. Den Aufbau des Zentrums, das im Januar 2024 seine Arbeit aufgenommen hat, fördert die Carl-Zeiss-Stiftung (CZS) über einen Zeitraum von sechs Jahren mit insgesamt zwölf Millionen Euro. Erster Sprecher ist der Systembiologe Prof. Dr. Michael Knop, stellvertretender Direktor des Zentrums für Molekulare Biologie der Universität Heidelberg (ZMBH).
Waren die vergangenen zwei Jahrzehnte der Genomforschung geprägt von der Entwicklung neuer Genom-Sequenziertechniken, wird es künftig möglich sein, mithilfe neuartiger Verfahren der DNA-Synthese und Genomassemblierung immer schneller und einfacher Genome zu verändern oder sogar vollständig neue Genome herzustellen. Diese Vision wird in den kommenden Jahren das Carl-Zeiss-Stiftung Center for Synthetic Genomics Heidelberg – Karlsruhe – Mainz (CZS Center SynGen) verfolgen. Dazu wollen die beteiligten Forscher:innen der drei Universitäten auch mithilfe von KI-basierten Analyse- und Modellierungsverfahren synthetische DNA-Sequenzen entwerfen, um damit das Genom von Organismen gezielt zu verändern und mit neuen Funktionalitäten zu versehen. Ziel ist es, daraus sogenannte Biologika, das heißt biotechnologisch hergestellte Produkte, zu gewinnen. Sie sollen langfristig genutzt werden, um bio-basierte Arzneien herzustellen, Gentherapien für Krankheiten zu entwickeln, Biotreibstoffe zu produzieren oder die Forschung an neuartigen Materialien voranzutreiben.
„Die Synthetische Genomik ist ein junges, aber global rasant wachsendes Forschungsgebiet mit Transferpotential für verschiedene gesellschaftlich relevante Herausforderungen“, erklärt Zentrumssprecher Michael Knop. „In unserem neuen Zentrum bündeln wir die komplementäre Expertise der drei forschungsstarken Universitäten Heidelberg, Karlsruhe und Mainz in den Lebenswissenschaften, dem Molecular Systems Engineering und der biomedizinischen Forschung. So wollen wir alle Schritte der Synthetischen Genomik vom Design über die Herstellung bis hin zur Anwendung von synthetischen genetischen Materialien und Organismen steuern.“ Dem dreiköpfigen Direktorium des CZS Center SynGen gehören außerdem die Molekularbiologin Prof. Dr. Sylvia Erhardt vom Karlsruher Institut für Technologie und der Biophysikalische Chemiker Prof. Dr. Edward Lemke von der Johannes Gutenberg-Universität Mainz an.
An den drei Standorten arbeiten Forscher:innen verschiedener Disziplinen zusammen, darunter aus Biologie, Biochemie, Biophysik, Biotechnologie, Synthetischer Biologie und Bioengineering, aber auch Philosophie und Rechtswissenschaft sowie Genomik, Immunologie, Epigenetik, Virologie und Data Science. Dazu sollen weitere internationale Expert:innen sowie Nachwuchswissenschaftler:innen für die Arbeit in dem neuen Zentrum gewonnen werden. Zudem wird in Heidelberg ein Kompetenzzentrum für die Synthese synthetischer DNA eingerichtet, das sogenannte CZS Center Synthetic DNA Accelerator Lab. In das CZS Center SynGen eingebunden sind auch Wissenschaftler:innen des Deutschen Krebsforschungszentrums und des Heidelberg Institute for Theoretical Studies, ebenso wie externe Partner:innen aus Wissenschaft und Wirtschaft.