Ny uddannelse i Bioinformatik og Systembiologi på DTU

Publiceret Juli 2002

På DTU's Center for Biologisk Sekvensanalyse bliver vi ofte spurgt hvorfor bioinformatik i dansk sammenhæng meget tidligt voksede frem netop på DTU og ikke på nogle af de andre universiteter? Udover at der naturligvis skal penge til, er en vigtig del af forklaringen, at DTU i mange år har haft en modulopbygget uddannelsesstruktur, der passer som fod i hose til den multi-disciplinaritet som bioinformatikken kræver. Uden flerfaglighed med tæt samarbejde mellem mange forskellige  kompetencer er det meget vanskeligt, at etablere et stærkt forskningsmiljø, der kan levere både bred, relevant og avanceret undervisning indenfor området.

Bioinformatikområdet har flere steder i Danmark lidt under gamle, stive faggrænser, hvor forskerne bestandigt i ret smal forstand skal legitimere det de laver: er der nu nok fysik i det ?  Er det noget der falder ind under faget biokemi, og så videre og så videre. DTU har formodentlig en af landets længste traditioner for at arbejde systemorienteret, hvor mange discipliner rutinemæssigt bliver involveret i løsningen af en bestemt teknologisk eller grundvidenskabelig problemstilling.  På DTU har der været et egentligt bioinformatikforskningsmiljø i mere end 15 år, og i de sidste snart 10 år er området vokset kraftigt især på Center for Biologisk Sekvensanalyse, men også på andre af DTU's centre og institutter.

Systembiologi i den post-genome era

Netop denne systemorienterede tilgang er der ikke mindst blevet stærkt brug for i den post-genome era, hvor alle de molekylære komponenter skal sættes sammen til helheder og modeller, der f.eks. kan bruges til at forudsige hvordan en hel celle eller et organ vil reagere på et bestemt lægemiddel. Hvor den første bølge af bioinformatik fokuserede på basal sekvens- og strukturanalyse, som for eksempel genfinding, strukturforudsigelse, og sekvensevolution (hvor der stadig er mange uløste problemer), vil de næste 10 års behov blandt andet dreje sig om sofistikeret, dynamisk simulation af cellulære processer, samt integration af mange forskellige typer af data med høj diversitet i avancerede databasestrukturer.

Bioinformatikken vil i stigende grad blive til såkaldt systembiologi, hvor computere dynamisk vil simulere cellers og organers funktionalitet, på det molekylære niveau, som genomprojekterne har givet et detaljeret kendskab til. Sådan simulation vil blandt andet blive brugt til at teste lægemidlers indvirkning (f.eks. med henblik på at eliminere bivirkninger) og til at forstå multifaktorielle sygdomme, hvor mange gener er involverede, ofte i et kompliceret samspil med miljøpåvirkninger (cancer, diabetes, stress).

I alle områder af den biologiske og medicinske forskning er computerens rolle i de seneste 10 år blevet mere og mere markant. Først og fremmest har de store genomprojekter på kort tid gjort behovet for kompetence indenfor bioinformatik meget større.  Nye avancerede eksperimentelle teknikker kommer stadig til, og mange af disse teknikker producerer massive mængder af data på niveauer der beskriver hele celler, organer og organismer. Adgang til data og til metoder der kan analysere og korrelere har fået en afgørende indflydelse på  både den akademiske og den industrielle forsknings konkurrencedygtighed.

CBS anno 2002

For tiden er der cirka 35 medarbejdere ved CBS, og det er dermed et af de største grundforskningscentre i Europa indenfor området.  Fra i år er CBS blevet inddelt i egentlige forskergrupper, der hver ledes af en professor eller lektor. Der er typisk en del overlap mellem de forskellige grupper, som specialiserer sig således:

  • Gene finding and expression (Steen Knudsen)
  • Protein function and modification (Nikolaj Blom)
  • Immunological bioinformatics (Ole Lund)
  • Molecular evolution (Anders Gorm Pedersen)
  • Comparative microbial genomics (David Ussery)
  • Integrative systems biology (Søren Brunak)

Udover disse emner arbejdes der også med flere andre områder, som f.eks. chemoinformatics og structural genomics. Centret udfører oftest forskningsprojekter i samarbejde med eksperimentelle grupper i Danmark eller i udlandet, men i de sidste par år er den interne, eksperimentelle komponent i CBS også udvidet kraftigt, primært indenfor genekspression, hvor Affymetrix Gene Chip udstyr og også spottede DNA arrays bruges til at generere data i mange forskellige sammenhænge.

Flere af verdens mest benyttede bioinformatikmetoder er udviklet på CBS og er gjort tilgængelige for andre forskere over internettet. Med metoderne kan man sende gen- og proteinsekvenser ind via WWW sider, hvorefter computere behandler dem og sender svaret retur til brugeren, der typisk er en eksperimentel forsker i industrien eller på en offentlig forskningsinstitution. F.eks. kan man lokalisere gener i DNA fra mange forskellige organismer, og forudsige hvilken funktionel rolle et protein formodentlig har eller hvor i en bestemt celletype det udfører sin funktion. DTU's bioinformatikhjemmeside (www.cbs.dtu.dk) har mellem 200.000 og 500.000 pageviews per måned.  Institute for Scientific Information har for nylig kåret CBS's hjemmeside som en af de mest nyttige indenfor feltet.

Ny uddannelse i Bioinformatik og Systembiologi på DTU

Ved CBS startede der i 1996 PhD kurser i bioinformatik, og på kandidatniveau i 1998. I det seneste universitetsår 2001/2002 har mere end 250 studerende taget kurser ved CBS.

I år starter et nyt 5-årigt studieforløb i Bioinformatik og Systembiologi. Kurser i bioinformatik starter allerede på 2. semester og efterfølges af en lang række mere avancerede kurser i bioinformatik senere i studiet. Valgfrihed er en væsentlig del af studiet.

Uddannelsen er tilrettelagt således at de nye mønstre i den medicinske og biologiske forskning tages i betragtning, Felterne er på vej væk fra en ensidig fokusering på enkeltgener og enkeltproteiner og på vej over mod mere vægt på betydningen af samspillet mellem mange gener og mange proteiner. Systembiologien er muliggjort af en række revolutionerende udviklinger indenfor den eksperimentelle biologi: kortlægningen af det humane genom og mange mikrorganismers genomer, DNA chips til måling af transkriptomer, protein arrays til functional screening, og nye metoder til at detektere proteiner og deres vekselvirkninger i levende celler.

Uddannelsen i Bioinformatik og Systembiologi ved DTU erkender samspillet mellem den eksperimentelle biologi og dataanalysen på computer, og inkluderer en solid basis i biokemi og molekylærbiologi.  Kombineret med værktøjer som statistik, datahåndtering og programmering, sætter den de studerende i stand til at forske i fremtidens medicinske, bioteknologiske, økologiske og biologiske fokusområder.

Det nye 5-årige forløb starter første gang den 2. september 2002. Man kan også overføre fra andre uddannelser og få godkendt en individuel studieplan der tager højde for de fag der allerede er bestået.

Adgangsbetingelserne er de samme som for Danmarks Tekniske Universitet i øvrigt. Mere information findes på hjemmesiden http://www.cbs.dtu.dk/dtucourse/specialization.html

Indenfor kurser og projekter samarbejdes der en del mellem CBS og et andet center ved BioCentrum, Center for Bioteknologisk Procesforskning (CBP). Både CBS og CBP er internationalt førende og tiltrækker et stort antal forskerstuderende fra ind- og udland. Styrken i de to centre ligger blandt andet i at der arbejdes med en udpræget flerfaglig strategi, hvor forskere med baggrund indenfor biokemi, molekylærbiologi, medicin, kemi, fysik, statistik, optimering og datalogi arbejder tæt sammen om at løse komplekse problemstillinger. Bredden i de to centre gør dem også til gode uddannelsesmiljøer, hvor studerende og forskere med primær baggrund indenfor eet felt kan komplementere sin viden og videreuddanne sig indenfor andre forskningsområder.

Indenfor bioinformatikken og bioteknologien er flerfagligheden ikke udsprunget af en drøm om opblødning af faggrænser, men er en konsekvens af den biologiske naturs digitale og analoge indretning med dets tætte sammenvævning af biokemiske, fysiske og datalogiske aspekter.