Nové centrum pro syntetickou genomiku

Členové představenstva Edward Lemke, Sylvia Erhardt a mluvčí centra Michael Knop, stejně jako Phil-Alan Gärtig z nadace Carl Zeiss (zleva, foto: Univerzita Heidelberg – Komunikace a marketing, Uwe Anspach) / zleva: Tři členové představenstva Edward Lemke, Sylvia Erhardt a mluvčí centra Michael Knop, stejně jako Phil-Alan Gärtig z nadace Carl Zeiss (foto: Uwe Anspach, Univerzita Heidelberg – Komunikace a marketing)

Podporovat a rozvíjet nové technologie syntézy DNA s cílem otevřít cestu k výrobě celých umělých genomů – to je cílem nového interdisciplinárního centra, které vzniká na Univerzitě Heidelberg, v Karlsruhu na Institutu technologie (KIT) a na Johannes Gutenbergově univerzitě Mainz (JGU). V Centru pro syntetickou genomiku by měly být nové vývoje v syntetické genomice podpořeny základním výzkumem a vývojem technologií s využitím metod umělé inteligence (AI). Výstavbu podporuje Carl-Zeiss-Stiftung (CZS) po dobu šesti let s celkovým rozpočtem dvanáct milionů eur.

V dlouhodobém horizontu by mělo být možné navrhovat a vyrábět dlouhé DNA sekvence pro použití ve výzkumu, nanomateriálových vědách nebo medicíně. Prvním mluvčím nového centra je systémový biolog profesor Michael Knop, zástupce ředitele Centra molekulární biologie Univerzity Heidelberg (ZMBH).

Pokud byly uplynulé dvě desetiletí v genomovém výzkumu charakterizovány vývojem nových sekvenačních technik, bude nyní možné pomocí nových metod syntézy DNA a sestavování genomů stále rychleji a jednodušeji měnit genom a dokonce kompletně vytvářet nové genomové sekvence. Tuto vizi bude Centrum pro syntetickou genomiku Heidelberg – Karlsruhe – Mainz (CZS Center SynGen) sledovat v následujících letech. K tomu chtějí zapojení vědci z těchto tří univerzit využít také analýzy a modelování založené na AI k navrhování syntetických DNA sekvencí, aby mohli cíleně měnit genom organismů a obohacovat je o nové funkce. Cílem je získat takzvané biologika, tj. biotechnologicky vyráběné produkty. Ty by měly být dlouhodobě využívány k výrobě biozákladních léků, vývoji genových terapií, pěstování odolných plodin, produkci biopaliv nebo podpoře výzkumu nových materiálů.

„S centry CZS sdružujeme odborné znalosti z různých lokalit a disciplín. Především životní vědy vyžadují vysokou interdisciplinaritu. V centru SynGen bychom rádi posunuli vpřed výrobu umělé DNA a využili obrovský potenciál pro výzkum, medicínu i další oblasti,“ vysvětluje Dr. Felix Streiter, generální ředitel Carl-Zeiss-Stiftung, motivaci k podpoře druhého centra CZS v Německu.

„Centrum pro syntetickou genomiku sdružuje kompetence tří výzkumně silných institucí, které nyní společně pracují od základního výzkumu po vývoj technologií v důležitém oboru budoucnosti,“ říká profesor Oliver Kraft, zástupce prezidenta KIT. „Cílem jsou rozmanité aplikace v biotechnologii, například pro medicínu, ale také pro materiálové vědy. Velmi se těšíme, že můžeme svými znalostmi přispět.“

Syntetická genomika

„Syntetická genomika je mladé, ale celosvětově rychle rostoucí výzkumné pole s přenositelným potenciálem řešit různé společensky důležité výzvy. V našem novém centru sdružujeme doplňující se odborné znalosti tří výzkumně silných univerzit Heidelberg, Karlsruhe a Mainz v oblasti životních věd, molekulárního systémového inženýrství a biomedicínského výzkumu. Chceme řídit všechny kroky syntetické genomiky – od návrhu přes výrobu až po aplikaci syntetických genetických materiálů a organismů,“ říká mluvčí centra, profesor Michael Knop. „Nové centrum nám poskytne jedinečnou příležitost propojit různé odbornosti a disciplíny. Především diskurz mezi biologií a medicínou s experty na simulace a modelování nám ukáže nové cesty nejen k vytváření syntetických genomů, ale také k lepšímu pochopení a využití přirozených a umělých modifikací a epigenetických mechanismů,“ vysvětluje profesorka Sylvia Erhardt, molekulární biologka na KIT. Do tříčlenného řídícího výboru centra SynGen patří kromě Knopa a Erhardtové také biofyzikální chemik profesor Edward Lemke z univerzity Mainz.

Centrum SynGen začalo svou činnost v lednu 2024. Na třech místech spolupracují vědci z různých disciplín, včetně biologie, biochemie, biophysiky, biotechnologie, syntetické biologie a bioinženýrství, ale také filozofie, práva, genomiky, imunologie, epigenetiky, virologie a datové vědy. K tomu mají být do práce v novém centru zapojeni i další mezinárodní odborníci a mladí výzkumníci. Navíc bude v Heidelbergu zřízeno centrum kompetencí pro syntézu syntetické DNA, tzv. CZS Center Synthetic DNA Accelerator Lab. V Karlsruhe bude rozšířena již existující platforma Virtual Material Platform o jednotku DNA, aby se rozšířila expertíza v multiscale modelování a virtuálním návrhu nukleových kyselin, například DNA. Do centra SynGen jsou také zapojeni vědci z Německého centra pro výzkum rakoviny a Heidelberského institutu pro teoretické studie, stejně jako externí partneři z vědy a průmyslu.

Oficiální otevření centra SynGen proběhlo slavnostní událostí 4. března 2024 na Univerzitě Heidelberg. Zúčastnili se ho kromě hlavních vědců také zástupci Carl-Zeiss-Stiftung a zúčastněných univerzit.

O Carl-Zeiss-Stiftung

Carl-Zeiss-Stiftung si klade za cíl vytvářet volné prostory pro vědecké průlomy. Jako partner vynikající vědy podporuje jak základní výzkum, tak aplikovaný výzkum a výuku v oblasti MINT (matematika, informatika, přírodní vědy a technika). Založena v roce 1889 fyzikem a matematikem Ernstem Abbe, je Carl-Zeiss-Stiftung jednou z nejstarších a největších soukromých nadací na podporu vědy v Německu.