Nieuw centrum voor synthetische genomica

De bestuursleden Edward Lemke, Sylvia Erhardt en centrumwoordvoerder Michael Knop, evenals Phil-Alan Gärtig van de Carl-Zeiss-Stiftung (v.l.n.r., foto: Universiteit Heidelberg – Communicatie en Marketing, Uwe Anspach) / v.l.n.r.: De drie leden van de Raad van Bestuur Edward Lemke, Sylvia Erhardt en centrumwoordvoerder Michael Knop, evenals Phil-Alan Gärtig van de Carl Zeiss-Stiftung (Foto: Uwe Anspach, Universiteit Heidelberg – Communicatie en Marketing)

Het bevorderen van de toepassing en ontwikkeling van nieuwe technologieën voor DNA-synthese, om de weg vrij te maken voor de productie van volledige kunstmatige genomen – dat is het doel van een nieuw interdisciplinaire centrum dat wordt opgericht aan de Universiteit Heidelberg, het Karlsruher Instituut voor Technologie (KIT) en de Johannes Gutenberg-Universiteit Mainz (JGU). In het Center for Synthetic Genomics moeten nieuwe ontwikkelingen in de synthetische genomiek worden gestimuleerd door fundamenteel onderzoek en technologische ontwikkeling met behulp van methoden van kunstmatige intelligentie (AI). De opbouw wordt gefinancierd door de Carl-Zeiss-Stiftung (CZS) over een periode van zes jaar met in totaal twaalf miljoen euro.

Op lange termijn moet het mogelijk worden om lange DNA-sequenties te ontwerpen en te produceren voor toepassingen in onderzoek, nanomaterialenwetenschap of geneeskunde. De eerste woordvoerder van het nieuwe centrum is de systeembioloog professor Michael Knop, adjunct-directeur van het Centrum voor Moleculaire Biologie aan de Universiteit Heidelberg (ZMBH).

Hoewel de afgelopen twee decennia in de genomics-onderzoeken werden gekenmerkt door de ontwikkeling van nieuwe sequencingtechnieken, zal het in de toekomst mogelijk zijn om met behulp van nieuwe methoden voor DNA-synthese en genomassemblage genomen steeds sneller en eenvoudiger te wijzigen en zelfs volledig nieuwe genomen te produceren. Deze visie zal het Carl-Zeiss-Stiftung Center for Synthetic Genomics Heidelberg – Karlsruhe – Mainz (CZS Center SynGen) de komende jaren nastreven. Daarbij willen de betrokken onderzoekers van de drie universiteiten ook synthetische DNA-sequenties ontwerpen met behulp van AI-gestuurde analyse- en modelleringstechnieken, om het genoom van organismen gericht te wijzigen en te voorzien van nieuwe functionaliteiten. Het doel is om hieruit zogenaamde biologica te winnen, dat wil zeggen biotechnologisch geproduceerde producten. Deze moeten op lange termijn worden gebruikt voor de productie van bio-gebaseerde geneesmiddelen, het ontwikkelen van gentherapieën voor ziekten, het kweken van plaagresistente planten, het produceren van biobrandstoffen of het bevorderen van onderzoek naar nieuwe materialen.

„Met de CZS-centra bundelen we expertise over locaties en disciplines heen. Vooral de levenswetenschappen vereisen een hoge interdisciplinaire aanpak. In het CZS Center SynGen moet de productie van kunstmatig DNA worden bevorderd en het enorme potentieel voor onderzoek, geneeskunde en daarbuiten worden benut“, legt Dr. Felix Streiter uit, algemeen directeur van de Carl-Zeiss-Stiftung, die de motivatie voor de financiering van het tweede CZS-centrum in Duitsland toelicht.

„Het Center for Synthetic Genomics bundelt de competenties van drie onderzoekskrachtige instellingen die nu gezamenlijk werken aan een belangrijk toekomstig vakgebied, van fundamenteel onderzoek tot technologische ontwikkeling“, aldus professor Oliver Kraft, namens de president van het KIT. „Het doel zijn diverse toepassingen in de biotechnologie, bijvoorbeeld voor de geneeskunde, maar ook voor materiaalwetenschappen. We kijken er erg naar uit om met onze expertise hieraan bij te dragen.“

Synthetische Genomiek

„De synthetische genomiek is een jong, maar wereldwijd snel groeiend onderzoeksgebied met overdrachtspotentieel voor verschillende maatschappelijke uitdagingen. In ons nieuwe centrum bundelen we de complementaire expertise van de drie sterke universiteiten Heidelberg, Karlsruhe en Mainz op het gebied van levenswetenschappen, molecular systems engineering en biomedisch onderzoek. Zo willen we alle stappen van de synthetische genomiek sturen, van ontwerp via productie tot toepassing van synthetisch genetisch materiaal en organismen“, zegt de woordvoerder van het centrum, professor Michael Knop. „Het nieuwe centrum biedt ons een unieke gelegenheid om de verschillende expertises en disciplines opnieuw te verbinden. Vooral de dialoog tussen biologie en geneeskunde met experts in simulatie en modellering zal ons nieuwe wegen wijzen, niet alleen om synthetische genomen te genereren, maar ook om natuurlijke en artificiële modificaties en epigenetische mechanismen beter te begrijpen en te benutten“, legt professor Sylvia Erhardt uit, moleculair bioloog aan het KIT. Het driekoppige bestuur van het CZS Center SynGen bestaat naast Knop en Erhardt ook uit de biofysisch chemicus professor Edward Lemke van de Universiteit Mainz.

Het CZS Center SynGen is in januari 2024 van start gegaan. Aan de drie locaties werken onderzoekers uit verschillende disciplines samen, waaronder biologie, biochemie, biofysica, biotechnologie, synthetische biologie en bioengineering, maar ook filosofie en rechtswetenschap, evenals genomica, immunologie, epigenetica, virologie en datawetenschap. Daarnaast worden internationale experts en jonge onderzoekers aangetrokken voor het werk in het nieuwe centrum. Bovendien wordt in Heidelberg een competentiecentrum voor de synthese van synthetisch DNA opgericht, het zogenaamde CZS Center Synthetic DNA Accelerator Lab. In Karlsruhe wordt het reeds bestaande Virtual Material Platform uitgebreid met een DNA-eenheid om de expertise op het gebied van multiscale modellering en virtueel ontwerp van nucleïnezuren zoals DNA te vergroten. Het CZS Center SynGen omvat ook wetenschappers van het Duitse Kankeronderzoekcentrum en het Heidelberg Institute for Theoretical Studies, evenals externe partners uit wetenschap en industrie.

Het officiële openingsfeest van het CZS Center SynGen vond plaats op 4 maart 2024 aan de Universiteit Heidelberg. Naast de leidende onderzoekers waren ook vertegenwoordigers van de Carl-Zeiss-Stiftung en de betrokken universiteiten aanwezig.

Over de Carl-Zeiss-Stiftung

De Carl-Zeiss-Stiftung heeft als doel om ruimte te scheppen voor wetenschappelijke doorbraken. Als partner van excellente wetenschap ondersteunt zij zowel fundamenteel onderzoek als toegepast onderzoek en onderwijs in de STEM-gebieden (wiskunde, informatica, natuurwetenschappen en techniek). Opgericht in 1889 door de natuurkundige en wiskundige Ernst Abbe, is de Carl-Zeiss-Stiftung een van de oudste en grootste particuliere stichtingen voor wetenschapsfinanciering in Duitsland.