Ein Lichthof für kühne Ideen

In der Mitte des Lichthofs stehen Renato Paro und Sven Panke. Paro ist sichtlich angetan: ?Wenn ich durch das BSS-Geb?ude gehe und mir die B¨¹ros, Labors und Plattformen anschaue, dann sp¨¹re ich, dass sich all die Arbeit gelohnt hat, die wir seit den Anf?ngen in den Aufbau unseres Departements investierten?, anerkennt der mittlerweile emeritierte Molekularbiologe. Ab 2006 war er der erste Direktor des anf?nglichen Zentrums f¨¹r Biosystemwissenschaften und -engineering (C-BSSE). Wie kaum ein Zweiter hat er zur Etablierung des ETH-Departements Biosysteme (D-BSSE) in Basel beigetragen: ?F¨¹r mich ist der Neubau der H?hepunkt einer wunderbaren Entwicklung.? Paro f?hrt fort: ?Schon in der Planung achteten wir darauf, das ganze Geb?ude so zu konzipieren, dass seine Teile offen und durchl?ssig f¨¹r wissenschaftliche Interaktionen sind.? Die Professorinnen und Professoren h?tten das Raumkonzept konsequent weitergedacht, erg?nzt Sven Panke, der in diesem Jahr die Departementsleitung ¨¹bernimmt: ?Wir haben gemeinsam entschieden, dass wir die Professuren im neuen Geb?ude nicht nach Themen gruppieren, sondern auf jedem Stockwerk durchmischen.?

Gelebte Interdisziplinarit?t

Thematisch unterteilt sich das Departement in drei Hauptrichtungen: experimentelle Biologie, computergest¨¹tzte, theoretische Biologie sowie Bioengineering. Auf jeder Etage arbeiten nun Experimentalbiologinnen, Bioinformatiker und Bioingenieurinnen T¨¹r an T¨¹r. ?Der Vorteil des D-BSSE war von Beginn an, dass wir die drei Forschungsbereiche unter einem Dach zusammenf¨¹hrten, um den Austausch zwischen den Gruppen zu erleichtern. Hier, im neuen Geb?ude, k?nnen wir diese Durchmischung noch besser aus¨¹ben?, unterstreicht Sven Panke. ?Diese offen gelebte Interdisziplinarit?t ist attraktiv f¨¹r Forschende aus der ganzen Welt.? Aus 42 L?ndern kommen die Forschenden des D-BSSE. Sven Pankes eigenes Bioprozesslabor befindet sich zum Beispiel auf derselben Etage wie Niko Beerenwinkels Gruppe. Beide stehen f¨¹r die spezielle Ausrichtung des Departements Biosysteme, das bezeichnenderweise die biowissenschaftliche Grundlagenforschung mit einer mathematisch-computerwissenschaftlichen Herangehensweise kombiniert und um eine konstruktive, technologische Komponente erweitert. W?hrend Sven Panke auf miniaturisierte Bioverfahrenstechniken spezialisiert ist, mit denen sich verbesserte Varianten von Zellen auffinden oder synthetisch steuern lassen, verbindet Beerenwinkel Mathematik, Informatik und k¨¹nstliche Intelligenz mit Biologie und Medizin. Seine computergest¨¹tzten Methoden erm?glichen etwa die molekulare Erkennung und Beschreibung von Virenkrankheiten. Ihren H?rtetest bestanden Beerenwinkels Modelle w?hrend der Coronapandemie. Zusammen mit Tanja Stadler, Professorin am D-BSSE f¨¹r rechnergest¨¹tzte Evolution und Pr?sidentin des Wissenschaftlichen Beratungsgremiums Covid-19, leistete er wichtige Beitr?ge, um jeweils neue Varianten des Coronavirus sowie deren Eigenschaften und Verbreitung zu erkennen.

Identit?tsstiftend f¨¹r die Forschenden des D-BSSE war die Systembiologie: Diese untersucht gesamtheitlich, wie Zellen, Organe und Organismen funktionieren und welche zeitlichen und biochemischen Prozesse sie am Leben halten. Um diese Funktionsweise zu verstehen, benutzen die Forschenden oft grosse Datens?tze, die sie mithilfe von Hochdurchsatzinstrumenten wie DNA-Sequenzierungsmaschinen erzeugen, sowie mathematische Modelle und Computersimulationen. An die Systembiologie schliesst der zweite Schwerpunkt des D-BSSE an, die synthetische Biologie. Diese Forschung konstruiert Zellen, Organoide und Mikroorganismen mit neuen, oft medizinisch relevanten Eigenschaften, die so in der Natur nicht vorkommen.

Pionierleistungen in Basel

Konstruktiv geht auch das Bioengineering am D-BSSE vor. Diese Ans?tze steuern Zellen und Organismen ¨¹ber die Erbsubstanz DNA. Daraus resultieren zum Beispiel Impfstoffe oder Antik?rper f¨¹r die synthetische Immunologie oder Zellimplantate, die korrigierend auf Stoffwechselst?rungen einwirken, oder auch miniaturisierte Ger?te wie die sogenannte Lab-on-Chip-Technologie. ?Bioengineering sowie datenwissenschaftliche Rechenmethoden geh?ren zu den Pionierleistungen, die unser Departement in Basel etabliert hat?, sagt Sven Panke, der seit 2009 dem D-BSSE angeh?rt. ?Diese Kombination von Bioengineering und Computermethoden geben wir auch unseren Studierenden weiter.?

Im R¨¹ckblick zeigt sich, wie weitsichtig die ?berlegungen waren, die 2000 einsetzten, um ein biowissenschaftliches ETH-Forschungsinstitut in Basel aufzubauen. Auch die Entscheidung der ETH Z¨¹rich, das D-BSSE in Basel 2007 als eigenes Departement mit langfristig gesicherter Finanzierung einzurichten, zahlt sich bis heute aus. Es gab nat¨¹rlich Zeiten, in denen die Entwicklung des D-BSSE nicht geradlinig verlief. So stellte die ?Neue Z¨¹rcher Zeitung? 2003 fest, dass der Start der ?Basler ETH-Filiale? stottere. Staunend kommentierte die Zeitung damals die Idee der ETH Z¨¹rich, in Basel ein ganzes Departement f¨¹r Bioengineering oder Biomedical Engineering einzurichten: ?Die Idee ist so grandios, dass sie fast unrealisierbar scheint.? Sie wurde realisiert.

Mit dem Umzug des Departements vom Rosental-Areal ins BSS-Geb?ude auf den Life-Science-»Ê¹ÚÌåÓý,»Ê¹ÚÌåÓýapp Sch?llem?tteli zeichnete sich der n?chste Entwicklungssprung des D-BSSE ab. Nach Systembiologie und synthetischer Biologie gewinnt die Translation der Ergebnisse aus der Grundlagenforschung in die Medizin immer mehr an Bedeutung. Das hat mit dem Stand der Forschung zu tun. ?Heute versteht die Systembiologie oft so gut, wie eine Zelle funktioniert, dass sie wichtige Prozesse selbst steuern kann. Dieses Wissen nutzt die synthetische Biologie, um eine Zelle so umzuprogrammieren, dass sie eine neue Aufgabe erf¨¹llen kann?, sagt Paro. ?Solche neu programmierten Zellen lassen sich in Zukunft f¨¹r therapeutische Zwecke in der Medizin verwenden.?

Translationale Forschung

Allerdings lassen sich Zellen nur dann bei Patient:innen einsetzen, wenn sie unter strengsten pharmakologischen Bedingungen hergestellt werden. Vor dem Umzug fehlte dem D-BSSE diese erforderliche Infrastruktur. Das BSS-Geb?ude hingegen verf¨¹gt nun ¨¹ber eine eigene GMP-Facility (s. Box). ?Wir k?nnen dank der neuen Infrastruktur die translationale Phase einleiten?, bescheinigt Paro, ?denn unter GMP-Bedingungen k?nnen wir die im Labor neu programmierten Zellen so weit verbessern und aufreinigen, dass man sie in klinischen Studien einsetzen darf.?

Die Entwicklung zur translationalen Forschung hat auch mit dem neuen Standort auf dem Life-Science-»Ê¹ÚÌåÓý,»Ê¹ÚÌåÓýapp Sch?llem?tteli zu tun: Die unmittelbaren Nachbarn sind das Universit?tsspital Basel, das Universit?ts-Kinderspital beider Basel sowie das Biozentrum der Universit?t Basel. Zudem planen dort auch das universit?re Departement Biomedizin und das Basel Research Centre for Child Health Neubauten in der Nachbarschaft. Die r?umliche N?he wird die Weitergabe biologischer Erkenntnisse in die Medizin sicherlich weiter beg¨¹nstigen.