1. Resumé
Strukturbiologi udgør en basis for alle biofysiske, biokemiske, cellebiologiske, medicinske og bioteknologiske forskningsfelter. Med nye faciliteter på Max-IV og ESS i Lund, XFEL i Hamburg, samt store teknologiske gennembrud på især elektronmikroskopiske, NMR og fluorescensmikroskopiske studier af biologiske molekyler samt simuleringsstudier af molekylers dynamik åbner sig unikke muligheder for at kombinere Omvendt rummer disse molekylære årsagssammenhænge de ultimative indsigter i sygdomsforståelse og rationelle behandlingsstrategier i neurologiske og psykiatriske lidelser. Dertil udgør hjernens unikke egenskaber til processering af sanseinformation en bioinformationsteknologi på allerhøjeste niveau. Med hastig
teknologisk udvikling på alle niveauer af molekylær og translationel neurovidenskab, herunder mange nye metoder til observation af dynamiske, molekylære mekanismer under udførsel af adfærd, er det betimeligt at udfordre neurovidenskaben mod en ambitiøs målsætningen om kvantitative, biofysiske modeller.
2. Samfundsudfordringer og/eller muligheder
Studier af biomolekylers struktur og funktion spiller en central rolle for vor forståelse af biologiske processer og danner også et vigtigt grundlag for ny bioteknologi og farmakologi. Danmark har opbygget en række verdensførende forskningsgrupper i strukturbiologi med stærk position i højkompetitive forskningsområder såsom membranproteiner, neurobiologi, biosyntetiske enzymkomplekser, immunsystemet, protein-RNA og protein-DNA vekselvirkninger. Eksperimentelle miljøer, der håndterer røntgen- og neutronspredningsstudier omfatter ca. 30 adjunkter, lektorer og professorer (hovedvægt AU og KU, men også DTU, AAU, RUC, SSI) med ca. 120 postdoc/ph.d. studerende. Feltet uddanner også til industrien i alle niveauer af forskning og ledelse. Danmark huser en stor og forskningstung industri baseret på proteinteknologier. Produkterne fra industrien kan i sig selv være proteiner (for eksempel som lægemidler eller fødevarer), være baseret på forskellige former for proteinaktiviteter (fx biosyntese, enzymer) eller være udviklet til at fungere i interaktion med proteiner (fx lægemidler, vitaminer). Disse typer virksomhederne beskæftiger tusinder af proteinforskere i Danmark og eksporterer for over 100 mia kr. om året.
Sammenholder man de teknologiske muligheder, som ESS, Max-IV og XFEL skaber, med fremskridt inden for bl.a. NMR spektroskopi, elektronmikroskopi, enkeltmolekyle fluorescens spektroskopi og ‘super resolution’ mikroskopi, så vil der i den kommende årrække skabes helt nye muligheder for at undersøge og tilgå biologiske systemer på en lang række områder. Med andre ord – ESS og røntgenfaciliteter vil generere en ny viden om cellulære strukturer og mekanismer, som både den akademiske forskning og den industrielle forskning kan udvikles igennem og opnå unikt afsæt fra.
Man vil kunne undersøge dynamikken af biomolekyler og biokemiske processer på forskellige længde- og tidsskaler, herunder ikke mindst proteiners struktur og funktionalitet. Neutronstudier vil således kunne give helt ny information om biologiske molekylers form, atomare struktur og dynamik samt om cellulære strukturer såsom biomembraner og organeller og hvordan de ændres i biologiske processer. ESS og Max-IV vil bliver af central værdi på studier af bl.a. enzymatiske reaktionsmekanismer, ´drug discovery og development´, ´protein engineering´ og terapeutiske proteiner samt i udforskning af nye, anvendelige mekanismer af cellulære netværksstrukturer, såsom biomembraner.
3. Forskningsbehov
For at høste gevinsterne ved ESS, Max-IV og XFEL foreslår førende strukturbiologiske forskningsmiljøer i Danmark samt de største danske medicinalvirksomheder, at der etableres et fyrtårnsmiljø, som fokuserer på eksperimentelle studier af biomolekylære nanostrukturer, og som skal skabe næste generations epokegørende resultater og metoder indenfor eksperimentel biomolekylær forskning og modellering. Fyrtårnsmiljøet skal have fokus på de biomolekylære nanostrukturer, og have særligt fokus på synergien mellem neutron- og røntgenstrålingsdata på ESS og Max IV og nyudvikling på XFEL. Fyrtårnsmiljøet skal etableres i partnerskab mellem forskningsmiljøer og erhvervsliv, og stille faciliteter og know-how til rådighed for samarbejdspartnere og huse industriportal. Endvidere vil etableringen af ”strukturbiologiske fyrtårnsmiljø” i Danmark også kunne bane vejen for etableringen af en EMBL ´outstation´ eller partnerskab, med særligt fokus på udviklingen af nye røntgen- og neutrontekniker i forhold til de molekylærbiologiske, cellebiologiske, molekylærmedicinske og bioteknologiske områder.
Forhold vedrørende udmøntning og implementering af forskningsindsatsen
Det er afgørende at et ESS fyrtårnsmiljø i strukturbiologi samler flere virkemidler og delstrategier. Infrastrukturelle investeringer og grundforskningsprogrammer støttet af danske forskningsråd, nationale og private fonde. Industri og innovationsskonsortier stilet mod industrisamarbejder og start-up.
4. Danske forudsætninger
DK har verdensførende, stærke forskningsmiljøer og industrier på alle niveauer af akademisk og anvendt strukturbiologi. Dansk strukturbiologi er højt profileret i international forskning, og den opbyggende infrastruktur kan blive verdensførende ved den rette visionær integration i almen cellebiologisk, biomedicinsk og bioteknologisk forskning.
5. Mål, effekt og perspektiver
Verdensførende farmaceutisk og bioteknologisk industri. Proteinteknologi på fødevarer, lægemidler, materialer, energi, katalyse. Dansk forskning som mål for international investering.
6. Kontaktperson
7. Forslagets prioritering
Dette er en topaktuel strategi, som skal igangsættes hurtigst muligt, så dansk forskning kan tage ESS i anvendelse på fuldt niveau fra åbning i 2021.
Der henvises endvidere til den udførlige vejledning om udformningen af temaforslagene.