18.07.2023

CRISPR: Mit Gentechnik veränderte Bäume sollen mehr nachhaltiges Holz produzieren

Die Multiplex-CRISPR-Genom-Editierungsstrategie könnte eine Lösung für ein zentrales betriebliches Problem in der Papier- und Zellstoffindustrie darstellen. Das zumindest behaupten US-Wissenschaftler.
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CRISPR
(c) Stock.Adobe/peggy - Gentechnisch veränderte Pappeln sollen eine höhere Papierproduktion ermöglichen.

Wie im Wissenschaftsmagazin “Science” beschrieben, hat ein Team an der Ohio State University bereits 2022 herausgefunden, dass die Bäume heute dank Kohlendioxid um 30 Prozent größer sind als bisher. Doch trotz dieser Tatsache sei die Holzfaserproduktion weniger effizient und produktiv, wenn es darum geht, die wachsende Nachfrage nach erneuerbaren Geweben, Papier, Verpackungen, Textilien und anderen Faserprodukten zu decken. Aus diesem Grund haben der Wissenschaftler Daniel Sulis und seine Kollegen CRISPR-Editing eingesetzt, um Holz so zu gestalten, dass das Lignin – das gespalten und gelöst werden muss – für die Faserproduktion besser geeignet ist. Die Forschungsergebnisse wurden am Donnerstag veröffentlicht.

CRISPR verbessert Holzeigenschaft

“Die Fähigkeit, Fasern aus Holz zu isolieren, wird weitgehend durch den Gehalt und die Zusammensetzung von Lignin bestimmt, einem Biopolymer, das chemischem und enzymatischem Abbau gegenüber unempfindlich ist. In mehr als fünf Jahrzehnten Forschung wurden die einzelnen Komponenten der Ligninbiosynthese eingehend untersucht”, heißt es in einer Pressemitteilung zu der neuen Entwicklung.

Diese Bemühungen konzentrierten sich jedoch vorwiegend auf die Veränderung einzelner Gene oder Genfamilien. Hier zeigen Sulis und Kollegen, dass das strategische Multiplex-CRISPR-Editing von Genen der Monolignol-Biosynthese die Holzeigenschaften über das hinaus verbessert, was durch das Editing einzelner Gene oder Genfamilien erreicht werden kann.

Ein Plus von 228 Prozent

Die Autoren nutzten ihren Ansatz, um eine veränderte Holzzusammensetzung bei einer Pappelart zu erzeugen, bei der das CRISPR-Editing das Verhältnis von Kohlenhydraten zu Lignin im Holz um bis zu 228 Prozent gegenüber dem Wildtyp erhöht, was die Voraussetzungen für einen effizienteren Faseraufschluss schafft.

Darüber hinaus könnten Bäume, die so bearbeitet wurden, dass sie weniger Lignin enthalten, die Papierherstellung weniger umweltbelastend gestalten.

“Das bearbeitete Holz mildert einen wichtigen Engpass in der Faserproduktion (…) und könnte beispiellose betriebliche Effizienz, bioökonomische Möglichkeiten und Umweltvorteile mit sich bringen”, so die Autoren in ihrem Paper.

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19.09.2024

Aithyra: Wien erhält neues Institut für KI in Biomedizin

Michael Bronstein aus Oxford wird das neue Aithyra-Institut der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) leiten. Boehringer Ingelheim Stiftung fördert das Vorhaben mit 150 Mio. Euro.
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Aithyra, KI Insitut, Biomedizin
(c) ÖAW/Natascha Unkart - Michael Bronstein, Gründungsdirektor Aithyra und Anita Ender, Geschäftsführerin.

Die Österreichische Akademie der Wissenschaften (ÖAW) baut ihren Schwerpunkt in den Life Sciences weiter aus und eröffnet mit einer Förderung in Höhe von 150 Millionen Euro der Boehringer Ingelheim Stiftung (BIS) ein Institut für Künstliche Intelligenz in der Biomedizin. Das neue Institut mit dem Namen Aithyra soll über die Entwicklung KI-gestützter Forschungsansätze revolutionäre Fortschritte in der Biomedizin erzielen. Und durch die Mithilfe der KI gewonnenen Erkenntnisse zur Förderung der menschlichen Gesundheit beitragen.

Die BIS und die ÖAW konnten Michael Bronstein, DeepMind Professor an der Universität Oxford, als Gründungsdirektor des Instituts gewinnen. Geschäftsführerin wird Anita Ender.

Aithyra am Vienna BioCenter Campus

Die für die Unterbringung notwendigen Mittel werden zu zwei Dritteln aus Mitteln vom Bundesministerium für Bildung, Wissenschaft und Forschung sowie zu einem Drittel durch eine Förderung der Stadt Wien getragen. Die Neuerrichtung eines Gebäudes, in dem auch das Institut final untergebracht wird, übernimmt im Auftrag der Stadt die Wirtschaftsagentur Wien. Aithyra wird in einem neu zu errichtenden Gebäude am Vienna BioCenter Campus (VBC) in Wien-Landstraße angesiedelt.

“AI wird die biologische Revolution des nächsten Jahrzehnts antreiben. Das langfristige Ziel ist es, die menschliche Gesundheit zu verbessern. Aithyra wird dazu beitragen, das Beste aus der Welt der akademischen Forschungslandschaft, der Wirtschaft und der Startups zu verbinden, indem es einen Mix aus Expert:innen aus der KI und den Lebenswissenschaften zusammenbringt. ,We will make Aithyra the place where magic happens'”, sagt Bronstein.

150 Millionen für 12 Jahre

Die Boehringer Ingelheim Stiftung mit Sitz in Mainz fördert die Gründung und den operativen Betrieb des Instituts wie erwähnt mit 150 Millionen Euro für die kommenden zwölf Jahre. Das gilt als die größte, private Forschungsförderung, die es in Österreich je gab.

Gemeinsam mit der ÖAW will sie mit dieser Initiative ein in Europa einmaliges Exzellenz-Institut etablieren, in dem Forschende aus dem Bereich der KI und der biomedizinischen Forschung von Beginn an ihre jeweilige Expertise kombinieren.

Das Aithyra-Institut als “erstes seiner Art in Österreich und in Europa” soll zudem die besten Forschungsansätze aus der Welt der Academia, forschender Unternehmen und Startups vereinen und sich mit universitären und außeruniversitären Wissenschaftseinrichtungen im In- und Ausland eng vernetzen.

Aithyra: Neue Wege der Kooperation

Konkretes Ziel ist es, ein tieferes Verständnis von biomedizinischen Zusammenhängen zu erlangen, um Erkrankungen besser zu verstehen, schnellere und zuverlässigere Diagnosen zu ermöglichen sowie Therapieentwicklungen für derzeit unheilbare Krankheiten zu unterstützen.

“KI- und Life Sciences-Expert:innen wollen im Institut auf eine neue Weise eng zusammenarbeiten: KI-Forschende sind von Anfang an in die biomedizinische Forschung, in Experimente und in die Auswertung der Daten miteinbezogen – und nicht wie bisher üblich erst im Anschluss”, heißt es per Aussendung. Die Ergebnisse und Daten werden künftig für alle Forschenden weltweit nach dem Open-Access Prinzip zugänglich sein.

Name aus der griechischen Mythologie

Gründungsdirektor Michael Bronstein hat Informatik studiert und am Technion – Israel Institute of Technology in Haifa promoviert. Bevor er Professor in Oxford wurde, hatte er eine Professur am Imperial College London sowie Gastprofessuren in Stanford, am MIT und in Harvard inne. Und hat mehrere Startups gegründet. Er erhielt zudem in seiner Laufbahn bisher fünf Grants des European Research Council (ERC).

Um den “zukunftsgewandten Charakter des Instituts zu unterstreichen”, haben die Projektpartner beschlossen, auch für die Namensfindung einen innovativen Ansatz zu wählen. Sie haben den Namen in Zusammenarbeit mit einer KI entwickelt.

Um den Geist von KI und Biomedizin zu verkörpern, wurde die griechische Mythologie als Inspiration herangezogen und mit den Zielen des neuen Instituts verknüpft – und Aithyra war geboren. Laut der von der KI generierten Hintergrundgeschichte ist sie die Tochter von Athene, der Göttin der Weisheit, und Asclepius, dem Gott der Medizin, und ist somit Schutzpatronin und Quelle der Inspiration.

“Aithyra wird neue Impulse für exzellente Wissenschaft setzen und schafft Freiräume sowie beste Bedingungen für herausragende Forschende”, sagt Christoph Boehringer, Vorsitzender der Boehringer Ingelheim Stiftung. “Damit geht die Boehringer Ingelheim Stiftung den nächsten Schritt in ihrem Engagement für exzellente Grundlagenforschung in Medizin, Biologie, Chemie und Pharmazie.”

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