- US-Regierung und Technologieunternehmen investieren gemeinsam fast 1,8 Milliarden Dollar in den Aufbau von Biologie-Datensätzen.
- Das Projekt zielt darauf ab, den Bedarf an standardisierten Daten in der Biologie zu decken.
- Biohub wird mit den National Institutes of Health zusammenarbeiten, um Informationen für das Modelltraining zu standardisieren.
- NVIDIA wird Recheninfrastruktur und technisches Fachwissen zur Unterstützung der Initiative bereitstellen.
Die US-Regierung, Meta, Google DeepMind und andere Partner bündeln fast 1,8 Milliarden Dollar an Mitteln und bestehenden Ressourcen, um offene Biologie-Datensätze aufzubauen, die das Verhalten lebender Zellen vorhersagen sollen. Das Projekt erweitert Biohubs Initiative für virtuelle Biologie mit dem Ziel, „virtuelle Zellen“ zu entwickeln, die Forschende künftig nutzen können, um Zellreaktionen vorherzusagen und einige biologische Experimente in digitaler Umgebung durchzuführen. Biohub ist eine gemeinnützige Forschungsorganisation, die sich auf die Verbindung computergestützter Werkzeuge mit der Biologie konzentriert. Google DeepMind, das Arzneimittel-Entdeckungsunternehmen Isomorphic Labs und Meta investieren gemeinsam 300 Millionen Dollar in die Initiative.
Finanzierungsquellen und Partner
Das US-Energieministerium wird in fünf Jahren mehr als 500 Millionen Dollar für biologische Messungen, Modellierung und Berechnung bereitstellen. Die National Institutes of Health werden Datensätze, Datenbanken und andere Ressourcen koordinieren, die durch frühere Bundesinvestitionen von mehr als 500 Millionen Dollar entwickelt wurden. Biohub wird mit dem NIH zusammenarbeiten, um Informationen zu standardisieren, damit sie für das Training von Vorhersagemodellen genutzt werden können.
Das Projekt zielt darauf ab, ein großes Hindernis bei der Anwendung fortschrittlicher Computermodelle auf die Biologie zu beseitigen: Forschende benötigen große Mengen standardisierter Experimentaldaten, die zeigen, wie sich Zellen verhalten und reagieren, wenn sich Bedingungen ändern. Biohub zufolge werden die entstehenden Datensätze Forschenden öffentlich zugänglich sein. Ziel ist nicht nur die einfache Klassifizierung von Zellen, sondern die Bereitstellung ausreichender Messdaten, damit Modelle vorhersagen können, wie Zellen auf Eingriffe reagieren – was Forschenden helfen könnte, Krankheiten und Behandlungsmethoden zu untersuchen, bevor sie Laborexperimente durchführen. „Genaue biologische Vorhersagemodelle können wissenschaftliche Entdeckungen erheblich beschleunigen und Wissenschaftlern ermöglichen, Experimente in digitaler Umgebung durchzuführen.“
„Die daraus gewonnenen Erkenntnisse werden ein tieferes Verständnis von Krankheiten ermöglichen und völlig neue Behandlungswege eröffnen“, sagt Biohubs Wissenschaftschef Alex Rives. Bei der Einführung der Initiative für virtuelle Biologie im April hatte Biohub bereits 500 Millionen Dollar zugesagt, davon 400 Millionen Dollar für Messtechnologien – darunter Kryo-Elektronentomografie, die nahe-atomare Strukturen im Zellinneren offenlegen kann, sowie Mikroskopietechniken, die darauf abzielen, Millionen bis Milliarden Zellen in lebendem Gewebe abzubilden. Weitere 100 Millionen Dollar werden Forschungen außerhalb von Biohub unterstützen.
Die Bedeutung standardisierter Daten
Die erweiterte Initiative verbindet diese Bemühungen mit der Infrastruktur der Bundeslabore und zusätzlichen privaten Investitionen. Der Beitrag des Energieministeriums wird die Kapazitäten der US-Nationallabore nutzen – einschließlich Supercomputer, Röntgen- und Neutronenstreuung, Kryo-Elektronenmikroskopie und -tomografie sowie autonomer Labore. Die National Institutes of Health wiederum werden über ihre Biomedizinische Innovationsmission bestehende biomedizinische Ressourcen bereitstellen, darunter nationale Datenbanken und den Entwicklungsbiologie-Atlas, Pläne für gemeinsame Datensstandards und für computergestütztes Modellieren geeignete Datensätze. Weitere an dem umfassenden Vorhaben beteiligte Organisationen sind das Allen Institute, das Broad Institute, das Gladstone Institute, der Human Cell Atlas, der Human Protein Atlas und das Wellcome Sanger Institute.
NVIDIA wird beschleunigte Recheninfrastruktur, spezialisierte Software und technisches Fachwissen bereitstellen.
Biohub plant, gemeinsame Identifikatoren, geteilte Standards und einen einzigen Zugangspunkt zu schaffen, damit Datensätze, die von verschiedenen Institutionen erzeugt werden, zusammenarbeiten können. Diese Standardisierung wird entscheidend sein, weil biologische Daten von unterschiedlichen Instrumenten, Experimenten, Zelltypen und Messmethoden stammen können. Das Endziel bleibt zukunftsgerichtet, nicht bereits bewiesen. Die Initiative hat noch keine universelle virtuelle Zelle hervorgebracht, die beliebige biologische Reaktionen präzise vorhersagen kann. Stattdessen zielt die Zusage von fast 1,8 Milliarden Dollar darauf ab, die Experimentaldaten, Messtechnologien und die Recheninfrastruktur aufzubauen, um solche Modelle zu entwickeln und zu testen.
Zukünftiges Potenzial und Herausforderungen von Biologie-Datensätzen
Das Projekt ist nicht nur eine Finanzspritze, sondern auch ein Vorbild für die Zusammenarbeit zwischen Technologieunternehmen und Regierungsbehörden. Durch standardisierte Daten werden Forschende Computermodelle für die biologische Forschung effektiver nutzen können. Dies ist entscheidend, um wissenschaftliche Entdeckungen und die Entwicklung neuer Therapien zu beschleunigen. Allerdings bleibt der Aufbau genauer virtueller Zellmodelle eine Herausforderung, da Daten aus verschiedenen Quellen integriert und ihre Qualität und Konsistenz sichergestellt werden müssen. Gelänge dies, würde dies zu einem tieferen Verständnis von Krankheiten beitragen und den Fortschritt in der Biomedizin vorantreiben.