Die Hightech-Strategie 2025 (HTS) verfolgt das übergeordnete Ziel, zu nachhaltigen Lösungen für große gesellschaftliche Herausforderungen beizutragen. Neue, auch radikale Innovationspotenziale sollen durch das Zusammenwirken verschiedener Schlüsseltechnologien erschlossen werden. Das Hightech-Forum sieht insbesondere im Zusammenwirken von Biowissenschaften und Informationstechnologien das Potenzial für die erfolgreiche Umsetzung einiger der Missionen der HTS.1
Bio-IT-Innovationen: Seit Mitte der 2000er-Jahre wurden rasante Fortschritte in den Biowissenschaften erzielt. Technologien, insbesondere Hochdurchsatzverfahren,2,3 die Synthese von DNA 4 und die Genom-Editierung mit CRISPR5, führten zu einem enormen Zuwachs an Wissen und Eingriffsmöglichkeiten. Zahlreiche Start-ups sind in diesen Technologiefeldern entstanden. Einige wegweisende Biookönomie- Innovationen in der Medizin, Gesundheits- und Ernährungswirtschaft sind bereits auf dem Markt.15 Dabei spielten parallele Fortschritte in den Informationstechnologien 6 eine tragende Rolle. Die digitale Sammlung, Speicherung, Vernetzung und Analyse großer Datenmengen wurde zu einem zentralen Thema der Biowissenschaften 7 und die Bioinformatik entwickelte sich zu einer Schlüsseldisziplin.
Fortschritte in den Biowissenschaften und in den Informationstechnologien inspirieren neue Forschungsfragen und Technologie-Entwicklungen in dem jeweils anderen Wissenschaftsbereich. Die Forschungsrichtung der synthetischen Biologie und des Bioengineering beschäftigt sich beispielsweise mit der Möglichkeit der Programmierung von biologischen Systemen für bestimmte Aufgaben.8,9 In den Informationstechnologien entstanden visionäre Projekte, von der Datenspeicherung in DNA 10 bis hin zu neuromorphem Computing, z. B. im Human Brain Project.11
Das Hightech-Forum beobachtet, dass Biowissenschaften und Informationstechnologien nun zusehends und in einer neuen Qualität und Intensität kombiniert werden und verschmelzen. Diese Konvergenz von Biologie und IT geht mit einem Paradigmenwechsel in beiden Gebieten einher. Auf der einen Seite wird „Leben“ zum Gegenstand digitaler Methoden und kann als digitale Information nachgebildet, erforscht, analysiert, aber auch verändert werden. In umgekehrter Richtung werden digitale Informationen in organische Materialien überführt, wie beim 3-D-Druck von biologischem Gewebe auf Basis von digitalen „Bauplänen“ oder der IT-gesteuerten Züchtung von Organismen.
Dadurch können sich bahnbrechende Bio-IT-Innovationen ergeben, die aber auch neue ethische und gesellschaftliche Herausforderungen mit sich bringen.
Gesellschaftliche und politische Relevanz: Bio-IT-Innovationen werden für Bereiche entwickelt, die für die Menschheit von elementarer Bedeutung sind. Insbesondere die Nachhaltigkeitsziele (SDGs) zu Gesundheit und Wohlergehen, nachhaltiger Ernährung sowie Klima- und Biodiversitätsschutz stehen im Vordergrund.a,12 Dies bedeutet jedoch nicht, dass die Entwicklung technischer „Lösungen“ der Verantwortung von Wissenschaft, Politik und Gesellschaft schon gerecht wird. Zentrale Probleme in den Bereichen Gesundheit (von Mensch und Tier), Ernährung, Klima und Biodiversität haben im Wesentlichen soziale, wirtschaftliche und politische Ursachen, die nicht allein durch technische Innovationen behoben werden können. Daher ist eine frühzeitige Einbindung der Gesellschaft, die Erstellung ethischer Expertisen sowie die Weiterentwicklung des Responsible Research and Innovation (RRI) Framework von maßgeblicher Bedeutung. Bio-IT-Innovationen müssen immer von Anfang an mit sozialen Innovationen zusammengedacht werden.13
Mit diesem Impulspapier unterstreicht das Hightech-Forum den politischen und gesellschaftlichen Handlungsbedarf im Bereich der Bio-IT. Der Wettbewerb um wissenschaftliche Talente, um Daten- und Marktzugänge sowie um die wirtschaftliche Umsetzung hat nach Einschätzung des Hightech-Forums bereits begonnen. Hinzu kommt das wachsende Engagement kapitalstarker und teils monopolartiger Digitalunternehmen in traditionellen und neuen Märkten.
Die Voraussetzungen für Bio-IT-Innovationen sind in Deutschland in manchen Bereichen sehr gut. Nun geht es darum, das volle Potenzial zu entfalten. Dazu gehört auch eine breite gesellschaftliche Debatte über die ethischen und sozialen Herausforderungen von Bio-IT. Will man diese Entwicklungen zukünftig international auf Augenhöhe mitgestalten, sind die Akteure in Deutschland und Europa gefordert, über die exzellente Grundlagenforschung hinaus in die Entwicklung von Produkten und Anwendungen bis hin zu neuen Geschäftsmodellen zu investieren und dabei eine nachhaltige Entwicklung mit internationaler Vorbildfunktion voranzutreiben. Eine konstruktive Einbindung der Gesellschaft in Innovationsprojekte, z. B. über partizipative Produktentwicklung, für die hier angesprochenen zukunftsentscheidenden Fragen, ist von zentraler Bedeutung und sollte von der Politik unmittelbar mitgedacht und gefördert werden.
Dieses Impulspapier behandelt folgende Fragen:
- Welche Innovationspotenziale sind mit der Konvergenz von Bio-IT verbunden? (Kapitel 2)
- Wie ist das deutsche Innovationssystem für Bio-IT im internationalen Vergleich aufgestellt? (Kapitel 3)
- Welcher Handlungsbedarf ergibt sich für die Innovationspolitik? (Kapitel 4)
23. Oktober 2020 10:20 Kommentar von Nicolas Krink | German Association for Synthetic Biology - GASB e.V. | Head of the Steering Committtee | ga-sb.de
Zu 1: Der Neologismus Bio-IT hat wie auch das Impulspapier einen sehr holistischen Anspruch, lässt aber eine genau Definition des Begriffes nicht zu. Wie jede Industrie und auch Wissenschaft durchlaufen die Life Sciences durch die zunehmende Digitalisierung einen Transformationsprozess. Ich bin der Meinung, dass holistische Konzepte gebraucht werden, jedoch ohne die Schaffung neuer Begrifflichkeiten, welche zum einen zu Verwirrung in der Bevölkerung und zum anderen auch zu Kommunikationsproblemen innerhalb der Wissenschaftsgemeinschaft führen können.
Zu 2: Viele der wichtigen Entwicklungen wurden hier aufgegriffen. Jedoch wurde der Einfluss der Digitalisierung und der gesamten IT Innovation auf den klassischen Biotechnologie Sektor und somit auch auf die in Deutschland traditionell starke chemische Industrie vernachlässigt. Beispiele für ein Einbinden von IT Innovationen in diesem Bereich ist Ginkgo Bioworks oder Zymergen. Gerade im Bereich des Metabolic und Protein Engineering haben Big Data, Automatisierung und computergestützte Modelle großen Einfluss.
Zu 3: Eine individualisierte und spezialisierte Ausbildung wie sie gefordert wird ist meiner Meinung nach ein entscheidender Baustein für zukünftige Innovationen im Bio-IT Bereich und bedarf einer explizierten Förderung. Auch bei der Gestaltung der Ausbildung sollten alle Bereiche der Innovationsnetzwerke (Akademischer Forschung, Industrie. etc.) stärker eingebunden werden. Neueste Ansätze müssen in die Ausbildung integriert werden, ein Beispiel hierfür ist, dass am Imperial Collage in London BioEngineering Studenten Automatisierung an Robotern lernen. Die Ausbildung sollte neben wissenschaftlicher Expertise auch industrienahe Kompetenzen vermitteln. Des Weiteren wäre es wünschenswert auch die personelle strikte Trennung zwischen Universität und Industrie durch fließende Karrierewege (Wechsel zwischen Industrie und Universität und vice versa) zu überwinden, welche im Biobereich noch zu selten zu finden sind.
Neben der im Impulspapier angesprochenen Finanzierung würde ich geschützte Räume für Startup Gründungen befürworten, welche die Vorteile akademischer Forschung mit den Gedanken der Gründung verbinden, welches durch gründungsnahe Postdoc/Entrepreneur in Residence Programme umgesetzt werden könnte.
Zu 4: Ich hatte große Hoffnungen in die im Koalitionsvertrag enthaltene Agenda von der Biologie zur Innovation gesetzt, welche bislang enttäuscht wurde. Ein klares Bekenntnis zur innovativen Biotechnologie und Synthetischen Biologie ist bislang anhängig und längst im internationalen Vergleich überfällig.
Der Aufbau von spezialisierten gut vernetzen Forschungszentren ist wünschenswert, sollte aber unter starker Einbeziehung der Industrie evtl. sogar als Public-Private-Partnerships stattfinden.
Niedrigschwellige und unbürokratische universitätsnahe Gründung sollte ein Schwerpunkt der zukünftigen Entwicklung sein um so den Transfer von Forschung hin zur Gründung zu erleichtern, welches auch für Patente gelten sollte. Beide Punkte werden im Impulspapier hervorgehoben, was ich sehr begrüße. Ich bin der Meinung, dass weniger Anreize als flexiblen Arbeitsverträgen geschafften werden müssen um (Aus)Gründungen junger Wissenschaftler zu fördern und diesen gleichzeitig wirtschaftliche Sicherheit zu geben. Da wir in Deutschland anderes als in den USA keine beherrschenden IT Konzerne wie Alphabet, Facebook und Apple haben sollte sich die gesamte deutsche Industrie auf den disruptiven Prozess, welcher mit der Bioökonomie einhergeht (die durch die Digitalisierung noch beschleunigt werden wird) vorbereiten, indem sie Expert*innen für Biotechnologie, Synthetische Biologie und Bio-IT in die Unternehmensstrukturen integrieren – welche innerhalb der Community zum Beispiel von SynBioBeta als CBO – Chief Biological Officer -diskutiert wird.
21. Oktober 2020 14:49 Kommentar von Alfred Pühler, Koordinator des Deutschen Netzwerks für Bioinformatik-Infrastruktur (de.NBI)
Das Impulspapier “Bio-TI-Innovationen” des Hightech-Forums kommt zum richtigen Zeitpunkt. Die Aussage “Die digitale Sammlung, Speicherung, Vernetzung und Analyse großer Datenmengen wurde zu einem zentralen Thema der Biowissenschaften und die Bioinformatik entwickelte sich zu einer Schlüsseldisziplin” beschreibt die Situation in vollem Umfang. In Zukunft werden Innovationen auf den Gebieten Medizin, Biotechnologie und Landwirtschaft vor allem von der Analyse großer Datenmengen abhängen. Diese Entwicklung hat aber bereits einen Vorlauf. Sowohl in Deutschland, aber auch in Europa und Übersee wurden Initiativen ins Leben gerufen, die die flächendeckende Analyse großer Datenmenden zum Ziel haben.
Auf nationaler Ebene ist das Deutsche Netzwerk für Bioinformatik-Infrastruktur (de.NBI) zu nennen, das experimentell orientierten Lebenswissenschaftler*innen Hilfestellung bei der Analyse großer Datenmengen anbietet. Dieses de.NBI-Netzwerk besteht aus den Komponenten Service, Training und Compute. Im Servicebereich werden Bioinformatik-Programme vorgehalten, im Trainingsbereich werden eine Vielzahl von Trainingskursen zum Umgang mit diesen Bioinformatik-Programmen durchgeführt und im Computebereich steht eine Cloud-Infrastruktur zur Verfügung, die allen Lebenswissenschaftler*innen einen kostenfreien Zugang zu Rechenressourcen ermöglicht.
Das Impulspapier bezieht sich im 3. Kapitel “Innovationssystem für Bio-IT im internationalen Vergleich” auf das de.NBI-Netzwerk und stellt folgendes fest: “In der Bioinformatik wurden etwa 40 Forschungsgruppen im deutschen Netzwerk für Bioinformatik (de.NBI) über eine föderative Cloud-Lösung verbunden.” Dazu wurden im März 2015 führende Bioinformatik-Gruppen in Deutschland mit der Verpflichtung, Service und Training anzubieten, zu einem Netzwerk zusammengebunden und parallel dazu eine föderative Cloud an sechs Standorten etabliert. Zusätzlich wurde in der Zwischenzeit auch ein de.NBI-Industrieforum eingerichtet, das interessierten Firmen Zugang zu de.NBI-Netzwerkaktivitäten ermöglicht.
In Kapitel 4 des Impulspapiers wird als Handlungsempfehlung vorgeschlagen, ein ambitioniertes Bio-IT-Forschungszentrum aufzubauen. Es wird vermerkt:
“Das Zentrum sollte insbesondere auf dem de.NBI-Netzwerk aufbauen und relevante Software, Methoden und Datenbestände in Deutschland und Europa vernetzen und zur Verfügung stellen, beispielsweise jene der Nationalen Forschungsdateninfrastruktur (NFDI) oder des europäischen Distributed System of Scientific Collections (DiSSCo).”
Die Nutzung des de.NBI-Netwzerks zum Aufbau eines Bio-IT-Forschungszentrums ist folgerichtig. Innerhalb von de.NBI sind in den letzten fünf Jahren viele Strukturen entwickelt worden, die den Start eines Bio-IT-Forschungszentrum vereinfachen könnten. Andererseits handelt es sich beim de.NBI-Netzwerk um ein BMBF-gefördertes Projekt, dem noch eine Laufzeit bis Ende 2023 garantiert ist. Eine Integration in das vorgeschlagene Bio-IT-Zentrum würde das dauerhafte Weiterbestehen des de.NBI-Netzwerks sicherstellen. Ein Auslaufen des de.NBI-Projekts wäre widersinnig. Man baut schließlich keine Infrastruktur auf, die nach Fertigstellung sofort wieder abgerissen wird.
Als Koordinator des de.NBI-Netzwerks begrüße ich das Impulspapier außerordentlich. Es kommt zum richtigen Zeitpunkt und präsentiert Entwicklungsvorschläge, die dazu beitragen werden, das hohe Niveau an lebenswissenschaftlicher Forschung in Deutschland zu sichern.
21. Oktober 2020 8:47 Kommentar von Dr. Vera Ortseifen (Koordinatorin der deutschen Arbeiten im europäischen Bioinformatik Konsortium ELIXIR) und Prof. Dr. Andreas Tauch (Leiter des deutschen Knotens im ELIXIR Konsortium)
Vielen Dank für die Erarbeitung des Impulspapiers „Bio-IT-Innovationen“ und die Möglichkeit der Kommentierung. Dabei konnten wir bereits im Vorhinein Informationen für die Erstellung des Papiers im Rahmen eines Interviews mit dem HTF liefern. In dem Kommentar möchten wir nun insbesondere auf die Frage “Warum Deutschland ein Forschungszentrum für Bio-IT braucht” eingehen.
Unter dem Motto “Everything is a process, nothing is ever done” und unter Betrachtung der Schnelligkeit der heutigen Weiterentwicklung muss eine Kontinuität geschaffen werden, die den Prozess begleitet. Wir begrüßen daher sehr den Vorschlag, ein international führendes Forschungszentrum zu entwickeln, welches die deutschen Aktivitäten auf dem Gebiet der Bio-IT leitet, fördert und die Kommunikation mit innerdeutschen, europäischen sowie internationalen Playern vorantreibt. Diese Zentrum ist ein idealer Rahmen, um die gesellschaftliche Teilhabe und den Diskurs zu fördern und damit Innovation zu leiten. Die Wichtigkeit der gesellschaftliche Akzeptanz und die damit verbundenen Chancen für die Entwicklung der Bio-IT wurde bereits aus dem Gentechnik-Diskurs ersichtlich. Auch im Hinblick auf die Arbeiten mit sensible persönlichen Daten in der Forschung ist eine nachhaltige Lösung für Cloud-Infrastruktur unabdingbar.
Auch wegen der bereits aufgebauten föderativen Cloud, sollte das deutsche Netzwerk für Bioinformatik (de.NBI) und damit verbunden ELIXIR-DE entscheidende Bausteine im Aufbau eines solches Instituts darstellen. 2016 wurde von Deutschland ein wichtiger Vertrag geschlossen, um Mitglied in ELIXIR zu werden, eine zwischenstaatliche Organisation, die biowissenschaftliche Ressourcen aus ganz Europa zusammenführt. ELIXIR-DE, der deutsche Knoten im europäischen Netzwerk, wird von de.NBI-Mitgliedern getragen. Die Wichtigkeit einer solchen Verknüpfung wurde auch in der Corona-Pandemie ersichtlich. de.NBI konnte sich im Kontext von ELIXIR-DE an zahlreichen europäischen COVID-19-Initiativen beteiligen und gleichermaßen auf alle Daten zugreifen (COVID-19 Data Portal) oder auch langfristig von den Erkenntnissen profitieren (COVID-19 Disease Map).
Für die Bio-IT in Deutschland spielt de.NBI und ELIXIR eine wesentliche Rolle in der Bereitstellung von Software-Tools als auch dem dazugehörenden Training. Entscheidende Themen für die Entwicklung der Bio-IT und den langfristigen Erfolg ist die Schulung und die Weiterbildung in den Gebieten der KI, der Biowissenschaften und aufkommenden Themenfeldern. Nur durch spezifische Weiterbildungsangebote können wir weiter sicherstellen, dass wir auch in Zukunft an der Spitze der Forschung und Entwicklung bleiben – ein Aspekt, der bereits im Impulspapier „Innovation und Qualifikation“ angesprochen wurden. In dem Aufbau eines Forschungszentrums sehen wir daher auch eine Chance eine Plattform für nachhaltige Software-Entwicklung nach dem Vorbild des UK Software Sustainability Institute zu schaffen.
Zusammenfassend sehen wir folgende Kernaufgaben eines solchen Zentrums:
– Gesellschaftlichen Diskurs fördern und Innovation kommunizieren
– Training und Weiterbildungsmöglichkeiten ausbauen
– Nachhaltige Cloud-Infrastruktur entwickeln mit Blick auf sensible persönliche Daten
– Europäische Initiativen mitgestalten, Internationale Kooperationen fördern und stärken
– Industrieforum ausbauen und Ausgründungen aus der Universität mit starken Partnern fördern
16. Oktober 2020 13:07 Kommentar von Johannes Eckert | Future as a present | Wissenschaftskommunikation | futureasapresent.org
Im Hinblick auf das Thema IT und Neurologie möcht ich als Anregung einmal auf den Beitrag “Im Schaltkreis der Neuro-Forschung” von Herr Prof. Schleim vom 19.04.2017 im Ressort “Natur und Wissenschaft” der FAZ aufmerksam machen, der allerdings nicht kostenfrei abrufbar ist.
Link: https://kurzelinks.de/aydl