SYNTETISK BIOLOGI FinSynBio FORSKNINGSPROGRAM 2013 2017 Programbeskrivning
2 1 BAKGRUND Genteknologin har under de senaste trettio åren i betydande mån ökat vår förståelse av biologiska processer och bidragit till utvecklingen av nya biotekniska tillämpningar. De nya omik -teknikerna t.ex. genomik, transkriptomik och proteomik har gett oss mer kunskap om genernas verksamhet, genomernas uppbyggnad och genprodukternas expression. Forskningen i proteinernas struktur och funktion har klarlagt sambandet mellan biokemiska reaktioner i gener och celler. Systembiologin har i kombination med matematisk modellering visat hur hela celler fungerar. Syntetisk biologi är ett nytt, internationellt kraftigt växande mångvetenskapligt forskningsfält som integrerar bl.a. biovetenskaper och medicinska, fysikaliskkemiska och tekniska vetenskaper. Ett av dess syften är att skräddarsy och bygga nya biologiska komponenter, t.ex. biokatalysatorer eller genetiska kretsar, och att av dem sammanställa biologiska apparater och tillverkningssystem, exempelvis tillverkningsceller. Forskningen inom syntetisk biologi ger verktyg t.ex. för planering och byggande av självorganiserande biokompositer, apparater och system samt för omorganisering av mekanismer i naturen. Syntetisk biologi gör det möjligt att introducera ny teknologi, bl.a. effektivare industriella processer som kan skalas friare och som är skonsammare mot miljön. Samtidigt öppnas möjligheter för nya tillämpningar inom t.ex. miljö, näring och hälsa. Systembiologi gör kvantitativa kartläggningar och modelleringar av biologiska processer som man sedan bearbetar för att åstadkomma nya egenskaper. Forskningsprogrammet Syntetisk biologi vill på ett nytt sätt och i bred skala kombinera infallsvinklar från molekylärbiologi, biokemi, beräkningsvetenskap och datorstödd modellering, process- och materialteknik samt kemi och fysik. Dessa infallsvinklar ska då inte ses som separata eller självständiga områden, utan integreras i ett helgjutet samarbete. Forskningsområdet representerar således en mångvetenskaplig infallsvinkel. Syntetisk biologi och de tillämpningar som tas fram med dess hjälp aktualiserar också samhälleliga och etiska frågeställningar med dimensioner som det är viktigt att dryfta redan på ett tidigt stadium. Även artificiellt liv och de etiska frågor det aktualiserar är centrala frågor. Syntetisk biologi är ett bra exempel på hur problemställningar och mål förändras efterhand som teknologin utvecklas. Med tanke på den breda publikens förståelse av vetenskapen spelar forskningsgrenen en viktig roll. Den nya tekniken och i synnerhet möjligheten att skapa artificiellt liv förändrar vår syn på biovetenskapernas natur och möjligheter. Dessutom är diskussionen om gränsen mellan grundforskning och tillämpad forskning metavetenskapligt intressant just inom dessa forskningsområden, där viljan att bota sjukdomar och utveckla andra nya tillämpningar är en drivande kraft. Alla dessa omständigheter understryker vikten av mångvetenskaplig forskning.
3 1.1 Forskning på området i Finland och andra länder I täten för forskningen i syntetisk biologi går världens högklassigaste universitet, såsom Massachusetts Institute of Technology (MIT), University of California Berkeley, Harvard University, University of California San Francisco (UCSF) och Eldgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH). Många tillämpningar har redan publicerats och patenterats. I Finland är forskningen i syntetisk biologi ännu i sin linda, trots att vi har många kompetenta forskare inom bl.a. genteknologi, proteomik, metabolomik, systembiologi och datormodellering. Genom att kombinera kompetensen hos dessa forskare och forskargrupper och samtidigt aktivt gå in med nätverk med forskare vid internationella toppuniversitet kan Finland nå en stark position inom framtidens syntetiska biologi. Finlands Akademi medverkar också i det treåriga (2012 2014) projektet ERASynBio inom syntetisk biologi, vilket skapar möjligheter både för nätverk med finländska och andra europeiska forskare och för samarbete mellan europeiska forskningsfinansiärer på detta område. De bedömningar och det framsynsarbete som gjorts under den senaste tiden har motiverat ett forskningsprogram inom syntetisk biologi. I utvärderingsrapporten 2009 från Finlands Akademis systembiologiska forskningsprogram (2004 2007) rekommenderades dels ett bredare nätverkssamarbete inom den systembiologiska forskningen, dels en mer genomgripande integrering i biologisk och annan forskning. Europeiska forskningsstiftelsen (ESF) genomförde 2004 2005 det systembiologiska projektet Forward look, som resulterade i att ESF senare initierade bl.a. forskningsprogrammet EuroSYNBIO inom syntetisk biologi. I Akademins och Tekes gemensamma framsynsprojekt FinnSight 2015 rekommenderade den expertpanel som kartlade kompetensen inom biovetenskaperna sju kompetensområden som Finland borde satsa på. Åtminstone fyra av dem har en direkt koppling till temana i forskningsprogrammet Syntetisk biologi: hantering och modellering av biologiska data, utveckling av bioproduktion, potentiella nya biotekniska produkter samt läkemedelsutvecklingen. 2 MÅL Målen för forskningsprogrammet Syntetisk biologi är att stödja högklassig forskning inom syntetisk biologi i Finland främja samarbetet mellan i Finland verksamma forskare från olika områden och därigenom skapa en kritisk massa som kan höja den finländska forskningen i syntetisk biologi till en internationellt konkurrenskraftig nivå öka det internationella samarbetet för att uppnå programmets övriga mål
4 öka dialogen mellan forskarsamhället och det övriga samhället om sociokulturella frågor inom syntetisk biologi förbättra allmänhetens förståelse av forskningen i syntetisk biologi. 3 TEMAN Forskningsprogrammet söker svar på stora frågor, såsom hur man artificiellt kan tillverka biologiska komponenter och hur dessa byggstenar kan organiseras på ett nytt sätt för att åstadkomma en eftersträvad biologisk funktion. Dylika frågor kan skärskådas via mer exakta och begränsade delprojekt; dock bör varje enskilt projekt eller konsortium med hjälp av sin egen kompetens eller sitt aktiva samarbete kunna påvisa hur verksamheten är länkad till syntetisk biologi, dvs. vad det är som gör projektet eller konsortiet till ett led inom just syntetisk biologi. Forskningsprogrammet har tre temaområden som inte ska ses som separata frågor, utan som infallsvinklar som kompletterar varandra. Akademin ser fram emot projekt som kombinerar flera temaområden. I synnerhet programmets två första teman, modellering och simulering av biologiska reaktioner och system samt den syntetiska biologins verktyg och produktionssystem är mycket starkt sammanlänkade. Det tredje temaområdet, sociokulturella frågor kring syntetisk biologi, ska ses förutom som en specialfråga också som en möjlighet att ge den humanistisk-samhällsvetenskapliga forskningen en större förmedlande roll mellan de naturvetenskaplig-tekniska och medicinska forskarna och andra intressentgrupper. Forskningsprogrammets tre temaområden presenteras nedan. De forskningsområden som nämns under varje tema ska ses snarast som klargörande exempel. 1. Modellering och simulering av biologiska reaktioner och system Kvantitativ kartläggning och modellering av biologiska processer samt modifiering av dessa i syfte att åstadkomma nya egenskaper Planering av de novo-processer Processoptimering 2. Den syntetiska biologins verktyg och produktionssystem Tillverkning av nya syntetiska gener och skapande av nya genetiska koder med hjälp av onormala baspar Byggande av nya biosyntesrutter genom kombinering av naturliga och modifierade gener Utveckling av nya enzymaktiviteter
5 Självorganiserande nanostrukturer, såsom biologiska molekylmotorer och nanorobotar Syntetiska cellorganeller och metabolisk modifiering av mikrober genom bearbetning av arvsmassan Genterapivektorer och nya precisionsläkemedel 3. Sociokulturella frågor kring syntetisk biologi Vetenskaps- och teknologistudier Etiska frågor Forskning i frågor kring immateriella rättigheter 4 GENOMSLAG, VERKNINGSFULLHET Syntetisk biologi forskar i och tar fram biologiska komponenter och processer som inte nödvändigtvis förekommer som sådana i naturen. Målet är att utnyttja dessa molekylmaskiner bl.a. i olika industriella tillverkningsprocesser, i givare, inom diagnostik, i läkemedelsutveckling m.m. Vad gäller synlighet och genomslag är syntetisk biologi en betydande forskningsgren, eftersom den har tillämpningar över ett brett fält och berör vårt dagliga liv. Den kommer sannolikt att ge upphov till talrika välfärdsfrämjande tillämpningar inom såväl medicin, miljöteknologi som nanovetenskaper samt även produktionsekonomi. Syntetisk biologi skapar förutsättningar dels för hållbar utveckling som bygger på biologiskt kunnande, dels också för innovativa tillväxtbranscher i framtiden. Forskningen i syntetisk biologi inbegriper också diskussion om vetenskapens filosofi och etik. Inom forskningen bearbetas helt nya biologiska strukturer, varvid man blir tvungen att diskutera livets väsen och vad som gör den fysikaliskkemiska världen biologisk och levande. Forskningsprogrammet knyter således samman en mångvetenskapligt bred forskargemenskap för att skapa nytt och tillsammans med det övriga samhället diskutera framtidens produktionsmetoder och inställningen till instrumentell användning av biologisk kunskap. 5 GENOMFÖRANDE Programmets temaområde täcker flera infallsvinklar: biovetenskap, naturvetenskap, hälsovetenskap och samhällsvetenskap. Tvärvetenskapligt samarbete spelar en särskilt viktig roll med tanke på hur programmets mål ska uppnås. Alla fyra forskningsråd har deltagit i förberedelserna för programmet: forskningsrådet för biovetenskap och miljö, forskningsrådet för kultur och samhälle, forskningsrådet för naturvetenskap och teknik samt forskningsrådet för hälsa.
6 5.1 Finansiering Forskningsprogrammet finansieras och koordineras av Finlands Akademi och finansieringsperioden är fyra år (september 2013 augusti 2017). Genom programmet vill Akademin finansiera mångvetenskaplig forskning inom forskningsprojekt och -konsortier. Ett konsortium är en tidsbestämd sammanslutning av självständiga delprojekt som arbetar under en gemensam forskningsplan. Genom att systematiskt samarbeta som ett konsortium strävar projekten efter att producera ett större mervärde än genom vanligt projektsamarbete. Enligt planerna har programmet en fullmakt att bevilja sammanlagt 10 miljoner euro i finansiering år 2013. Dessutom har man planerat att reservera 2 miljoner euro för eventuella internationella utlysningar inom programmet (se 5.3). 5.2 Nationellt samarbete Forskningsprogrammet Syntetisk biologi stöder forskningen kring de stora utmaningar som Finlands Akademis styrelse har valt ut som fokusområden för Akademins forskningspolitiska initiativ och åtgärder. Relevanta utmaningar är bl.a. hållbar energi, en hälsosam vardag för alla och en åldrande befolkning. Programmets teman har dessutom nära anknytning till andra forskningsprogram vid Akademin, såsom forskningsprogrammet för nanovetenskap (FinNano), forskningsprogrammet för beräkningsvetenskaper (LASTU), forskningsprogrammet Utmaningar för folkhälsan (SALVE) och forskningsprogrammet Det mänskliga medvetandet (MIND). Av de strategiska centren för vetenskap, teknologi och innovation kan åtminstone centret inom välfärd och hälsa SalWe, centret inom energi och miljö CLEEN och skogsklustret ha en roll inom forskningen i syntetisk biologi. 5.3 Internationellt samarbete Forskningsprogrammet strävar till att främja internationellt samarbete och internationell nätverksbildning. Meningen är att skapa och stärka samarbete med länder där man utför högklassig forskning inom syntetisk biologi. Målet är också att få till stånd långsiktigt finansieringssamarbete med nationella forskningsfinansiärer i länder som är relevanta med tanke på den finländska forskningen i syntetisk biologi. Preliminärt har man identifierat Indien, Kanada, Schweiz, Storbritannien, Tyskland och USA som intressanta samarbetsländer. Med den indiska forskningsfinansiären DBT (Department of Biotechnology) har man planerat finansieringssamarbete i samband med programmets först utlysning (se 5.3.1). Beslut om senare internationellt samarbete och eventuella separata utlysningar för internationella samprojekt fattas skilt. Finlands Akademi deltar dessutom i ERA-NET-nätverket ERASynBio, som startades i början av 2012. De finländska projekt som eventuellt får finansiering
7 genom ERASynBio kommer att kopplas till verksamheten inom forskningsprogrammet Syntetisk biologi. 5.3.1 Samarbete med indiska Department of Biotechnology (DBT) Kompletteras senare på basis av finansieringsförhandlingarnas resultat. 5.4 Tidtabell I forskningsprogrammet finansieras högst fyraåriga projekt och konsortier under åren 2013 2017. Den i huvudsak fyraåriga finansieringsperioden börjar den 1 september 2013 och slutar den 30 augusti 2017. En noggrannare tidtabell för utlysningen och utvärderingen finns i kapitel 6. Ett inledande seminarium ordnas under hösten 2013. Programmets slutliga utvärdering genomförs tidigast 2018. Läs mer om utvärderingen under 5.7. 5.5 Ledningsgruppen I forskningsprogrammets ledningsgrupp ingår medlemmar av Akademins forskningsråd samt andra expertmedlemmar. Också andra experter kan inbjudas till gruppen. Ledningsgruppen har till uppgift att bereda programmet och göra ett förslag till programsektionen om de projekt som ska finansieras föreslå till Akademins forskningsråd och övriga finansiärer eventuella nya utlysningar och/eller tilläggsfinansiering leda programmet och svara för uppföljningen styra koordineringen av programmet svara för den slutliga utvärderingen av programmet främja utnyttjandet av programmets resultat. 5.6 Koordinering Programmet vill med hjälp av aktivt informationsutbyte och samarbete länka samman de medverkande forskningsprojekten till en enda helhet. Programkoordineringen sköts av ledningsgruppen samt programcheferna och projektsekreteraren, som utnämns av Finlands Akademi och vars uppgift är att i samarbete med de medverkande projekten arbeta för att uppnå programmets mål. Meningen är att projekten på så vis stöder varandra och att programmet leder till nya mångvetenskapliga rön. Av ledarna för de antagna projekten förutsätts därför att de förbinder sig att arbeta för programmets mål och aktivt samarbeta både under programmets lopp och i programutvärderingen efter att programmet avslutats. De ansvariga ledarna för programmets forskningsprojekt har till uppgift:
8 att i enlighet med programchefens och finansiärernas anvisningar svara för och rapportera om projektets vetenskapliga framsteg och om användningen av de beviljade medlen att försäkra sig om att de själva och forskargruppens medlemmar deltar i de möten, seminarier och verkstäder som programkoordinationen anordnar samt att främja informationsutbytet och samarbetet mellan programmets olika forskargrupper att medverka i framställningen av översikter, synteser och informationsmaterial om forskningsprogrammet samt att aktivt informera om programmets framsteg och resultat på offentliga och vetenskapliga forum. Under programmets lopp deltar forskningsprojekten i möten med slutanvändare och i annan verksamhet där information om forskningen förmedlas till olika intressentgrupper. 5.7 Utvärdering Efter att forskningsprogrammet avslutats utvärderas dess genomförande och resultat. Hur utvärderingen konkret genomförs avgörs först under programmets lopp, men bl.a. följande omständigheter kan beaktas: hur programmets mål har uppnåtts genomförandet (koordinering, ledningsgruppens roll, medverkan i programmet) programmets genomslag nationellt och internationellt samarbete forskningens synlighet och publicitet. Utvärderingen kan genomföras som en del av en bredare utvärdering av Akademins program eller av en nationell programhelhet och i samarbete med andra nationella och internationella aktörer. De forskargrupper som finansieras ska enligt ledningsgruppens anvisningar rapportera om hur deras projekt framskrider samt tillställa Akademin en forskningsrapport efter att projektet har avslutats. Av rapporten ska framgå bl.a. vetenskapliga publikationer och avlagda lärdomsprov inom programmet. 6 ANVISNINGAR FÖR ANSÖKAN, BEDÖMNINGSKRITERIER I forskningsprogrammet finansieras högst fyraåriga projekt och konsortier under åren 2013 2017. Finansieringsperioden börjar den 1 september 2013 och slutar den 30 augusti 2017. Utlysningen genomförs i två steg.
9 I det första steget lämnas in en preliminär ansökan som innehåller en planskiss (se anvisningar t.ex. i Akademins septemberutlysning 2012, bilaga 1 B). De preliminära ansökningarna ska lämnas i samband med septemberutlysningen 2012. Utifrån de preliminära ansökningarna framför ledningsgruppen till programsektionen ett förslag om de projekt som bäst uppfyller programmets mål. Som hjälp vid bedömningen utnyttjar ledningsgruppen utomstående vetenskapliga experter. De projekt som går vidare till det andra steget meddelas om programsektionens beslut i december 2012. I det andra steget lämnas in en ansökan som innehåller en fullständig forskningsplan. Enligt preliminära uppgifter ska dessa ansökningar lämnas in i Akademins e-tjänst i januari februari 2013 (se anvisningar t.ex. i Akademins septemberutlysning 2012, bilaga 1 A). De fullständiga ansökningarna bedöms av internationella expertpaneler. Utifrån den vetenskapliga bedömningen av ansökningarna och med beaktande av programmets mål bereder ledningsgruppen ett förslag till programsektionen om vilka projekt som ska beviljas finansiering. Programsektionen fattar finansieringsbesluten senast i maj juni 2013. Om tidtabellerna för eventuella andra internationella utlysningar tillsammans med andra finansiärer avtalas skilt. Ansökningarna bedöms enligt Akademins allmänna bedömningskriterier för forskningsprogram (se www.aka.fi/sv > Finansiering & Stöd > Behandling och bedömning). 7 MER INFORMATION Den här programbeskrivningen kan laddas ner i pdf-format på webben på www.aka.fi/finsynbio > På svenska. Kontaktpersoner: programchef Tiina Kotti tfn 09-7748 8201 programchef Mika Tirronen tfn 09-7748 8255 programchef Jukka Reivinen
10 tfn 09-7748 8332 projektsekreterare Sanna Hytönen tfn 09-7748 8222 E-postadresser: fornamn.efternamn@aka.fi