Die bereits etablierten Innovationsstandorte für IT, Biotechnologie und Life Sciences, allen voran die Ost- und Westküste der USA, aber auch China, Japan und Großbritannien, gelten bei den anspruchsvollen Bio-IT-Entwicklungen als Wegbereiter.14,50,51 Deutschland ist in einigen zentralen FuE-Bereichen international wettbewerbsfähig. Neben exzellenter Grundlagenforschung und anwendungsnaher Technologieentwicklung sind in Deutschland nahezu alle globalen Life-Science-Konzerne angesiedelt, die über erhebliches Industrie-Know-how verfügen. Aufholbedarf besteht bei der Vernetzung und beim Transfer von akademischer Forschung und unkonventionellen Ideen in die Anwendung. Kritisch für die Zukunft sind die Finanzierung und Kommerzialisierung von visionären Ideen, insbesondere durch Start-ups, sowie die gesellschaftliche Mitgestaltung und Einbindung.
Der Innovationssystem-Ansatz geht davon aus, dass Innovationen das Ergebnis des Austauschs und der Beziehungen zwischen den Akteuren sind, die neues Wissen produzieren, weitergeben und anwenden.52,53 In diesem Papier kann lediglich eine erste, qualitative Einschätzung des Innovationssystems auf Basis der durchgeführten Recherchen, Kurz-Expertisen und Gespräche vorgenommen werden. Die Datenlage ist gerade in neuen Technologiefeldern, die (noch) keine eigene Branche bilden, dürftig.
Ausbildung: Der wissenschaftliche Nachwuchs in Deutschland gilt in den Biowissenschaften und Informationstechnologien als gut ausgebildet und die Kosten für wissenschaftliches Personal als wettbewerbsfähig. Ein Beleg für die hohe Leistungsfähigkeit der Studierenden sind z. B. die Erfolge deutscher Teams beim jährlich stattfindenden iGem-Wettbewerb in der synthetischen Biologie, welche in der Bio-IT eine große Rolle spielt.54,55
Unkonventionelle Bio-IT-Innovationen erfordern eine hohe Multidisziplinarität, d. h. Kenntnisse in Molekularbiologie, Physik, Chemie, Mathematik, Computerwissenschaften, Elektrotechnik, Robotik etc. In dieser Hinsicht ist die Ausbildung an deutschen Universitäten noch zu wenig flexibel und interdisziplinär. Meist müssen vollwertige Zweitstudien absolviert werden, während an Universitäten in den USA z. B. multidisziplinäre Bioengineering-Fakultäten existieren56 und auch Studiengänge individuell zusammengestellt werden können.
Wissenschaft: Ähnlich wie in der Ausbildung gilt Deutschland in der Grundlagenforschung an den Schnittstellen von Biowissenschaften und Informationstechnologien als kompetent und gut ausgestattet. In den Life Sciences sind deutsche Forschungszentren bei High-Impact-Publikationen gemeinsam mit den USA führend. Ebenso gelten die Biochemie (z. B. RNA- und DNA-Forschung), die Biophysik, Bionanotechnologie und teils auch die Bioinformatik als international wettbewerbsfähig. Anders sieht es jedoch bei Patentanmeldungen und Ausgründungen aus.59 Anwendungs- und produktorientierte sowie interdisziplinäre Forschung sind noch keine Stärke deutscher Wissenschaftszentren. Zudem ist die Bio-IT-Forschung stark fragmentiert und auf die klassischen Anwendungsfelder, allen voran die Biomedizin, gerichtet. Unkonventionellere technologische Anwendungen sind die Ausnahme, z. B. gibt es nur ein Projekt zur „DNA-Datenspeicherung“.57 Auch die in Deutschland starke Robotik und Elektronik haben biologische Technologien bislang kaum für sich entdeckt. In Japan 58 und den USA59 beispielsweise findet die Konvergenz in stärkerem Maße statt.
Die Recherchen zeigen zudem, dass es in Deutschland für visionäre Bio-IT-Forschung kein international führendes Zentrum gibt, das alle relevanten Fachkompetenzen miteinander verbindet. Die Vernetzung unter den Forschungsgruppen und den wirtschaftlichen Akteuren ist noch nicht ausreichend. In der Bioinformatik wurden etwa 40 Forschungsgruppen im deutschen Netzwerk für Bioinformatik (de.NBI) über eine föderative Cloud-Lösung verbunden.60 Europäische Zentren (z. B. EMBL-EBI 61, Hub des europäischen ELIXIRNetzwerks 62) sind in Großbritannien angesiedelt. Die Zusammenarbeit nach dem Brexit ist zu klären.
Technologietransfer und Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Industrie: Deutschland verfügt über kompetente Innovations-Akteure in Bio-IT-Bereichen. Die Zusammenarbeit in Verbundprojekten und Clustern wird auch öffentlich gefördert. Dennoch entspricht die Transferleistung nicht den Ergebnissen an den global führenden Bio-IT-Standorten. Es geht insbesondere darum, in kurzer Zeit technologische Entwicklungen und großes Know-how aus verschiedensten Bereichen für die Markteinführung einer Innovation zusammenzubringen. Die USA sind hier bei Start-ups führend. Aber auch Chinas Cluster-Ansatz, bei dem die gesamte Entwicklungskette vom Forschungslabor bis zur Kommerzialisierung durch Unternehmen an einem Ort gebündelt wird, zeigt Erfolge.46, 47, 63
In Deutschland werden die fragmentierende Regionalisierung von Clustern sowie die starke Trennung zwischen akademischer Spitzenforschung und wirtschaftlicher Anwendung im Bio-IT-Bereich als hinderlich angeführt. Es fehlt ein Gravitationszentrum, wo sich Expertise und unternehmerische Motivation treffen. Es gibt nicht „das“ Zentrum oder „das“ Spin-out-Labor für Bio-IT-Innovationen. Zwar gibt es zahlreiche Acceleratoren, Gründerzentren und Technologietransfer-Stellen, die an oder im Umfeld von Universitäten angesiedelt sind. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erhalten jedoch wenig akademische Anerkennung und Unterstützung für die Entwicklung von Prototypen und die Validierung von Forschungsergebnissen mit der Industrie. Das geistige Eigentum an ihren Erfindungen halten die Universitäten und Wissenschaftsorganisationen als Dienstgeber (§§ 13, 14 ArbnErfG). Für Ausgründungen, die bei der Finanzierung auf Patente oder exklusive Lizenzen angewiesen sind, ergeben sich in der Praxis einige Hürden, wenn die Patentanmeldung, -aufrechterhaltung und -verwertung durch den Dienstgeber abgewickelt wird.
Produktion und industrielle Akteure: Während Unternehmen etwa aus den Bereichen Pharma, Chemie, Life Sciences, Pflanzenzucht, Agrartechnik und Ernährung in Deutschland bereits in eigene Bio-IT-Innovationen investieren, fehlen die großen Digitalunternehmen und KI-Pioniere, die z. B. in den USA, Israel und Asien das Feld nach vorn treiben. Technologieplattformen zur automatisierten Produktion und Qualitätssicherung müssen z. B. in der personalisierten Medizin und der synthetischen Biologie erst entwickelt werden. Eine Bewertung der Wettbewerbsfähigkeit deutscher Akteure fällt zum aktuellen Zeitpunkt schwer.
Gesellschaft, Nachfrage und politische Rahmenbedingungen: Als eine gute Grundvoraussetzung für Bio-IT-Innovationen gilt die breite Zustimmung der Bevölkerung zu Klima- und Biodiversitätsschutz und zu einem Wandel hin zu mehr Nachhaltigkeit. Die Rolle, die Bio-IT hier spielt, ist allerdings noch wenig verstanden.64 Die Marktperspektiven für Bio-ITInnovationen sind gesellschaftlich bedingt vielfältig. Häufig erfordern diese Entwicklungen den Einsatz von Biotechnologie und moderner Gentechnik. Während dies in der Medizin von der Bevölkerung zumeist akzeptiert wird,65,66 wird es für die Land-, Forst- und Ernährungswirtschaft noch weitgehend abgelehnt.67,68 Daher ist abzuklären, wie schon in der Entwicklung von Bio-IT-Innovationen eine notwendige Verzahnung von Innovationsideen und Nachhaltigkeit erreicht werden kann. Zudem wurde in den Beratungen des Hightech-Forums hervorgehoben, dass ein unsicheres regulatorisches Umfeld für Bio-IT-Innovationen als Barriere für die Finanzierung und Kommerzialisierung angesehen wird.69 Kapitalmärkte und Finanzierung: In Deutschland ist der Zugang zu Wagnis- und Wachstumskapital für visionäre Hightech-Gründungen unzureichend.70,71,72,89 Bio-IT-Innovationen sind noch in einer frühen Anwendungsphase und erfordern einen langfristigen Investitionshorizont („geduldiges Kapital“). Die Entwicklung von marktreifen „Produkten“ kostet häufig mehrere hundert Millionen Euro.14,15,73 Im Vergleich mit den USA, Großbritannien, aber auch der Schweiz und Frankreich sind die Investitionsanreize (z. B. Verlustvorträge und steuerfreie Reinvestitionen von Gewinnen aus Unternehmensverkäufen) und Rahmenbedingungen (z. B. für wissenschaftliche Ausgründungen) in Deutschland wenig attraktiv für private Kapitalgeber.72,73,89
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