Wikiversity:Fellow-Programm Freies Wissen/Einreichungen/Etablierung von offener dezentralisierter Wissenschaft (“Open Source Research”) zum Thema Minimalzelle

Etablierung von offener dezentralisierter Wissenschaft (“Open Source Research”) zum Thema Minimalzelle

Projektbeschreibung

In allen menschlichen Zellen gibt es ca. 20 000 Proteine. Jedes dieser Proteine wird nach einem Bauplan erzeugt, der auf einem Gen gespeichert ist.

Die Vorstellung, dass jedes dieser Gene, und damit auch jedes dieser Proteine, exakt eine ganz spezielle Funktion erfüllt, ist jedoch ein Trugschluss.

Für manche Funktionen benötigt es das Zusammenspiel von mehreren Proteinen. Andere Funktionen, wie z.B. die Umwandlung eines bestimmten Stoffes in einen anderen, können hingegen manchmal von verschiedenen Proteinen übernommen werden.

Um mehr über die Wichtigkeit einzelner Gene zu erfahren, kann man diese gezielt ausschalten (“knock-out”) – hat dieses Ausschalten keinen (sichtbaren) Effekt auf den Organismus, wurde ein (scheinbar) unwichtiges Gen entfernt. Ist ein Ausschalten allerdings nicht möglich (d.h. ein Ausschalten führt zu lebensunfähigen Zellen), so handelt es sich um ein essentielles Gen.

Welche Gene benötigt man nun für einen lebensfähigen Organismus? Durch die erwähnte Protein-Funktion-Redundanz ist es nicht eindeutig möglich, “die” essentiellen Gene festzustellen. Es ist jedoch möglich, eine von vielen (im Vergleich zum Menschen deutlich reduzierte) “minimale” Zusammenstellung von Genen zu finden, die Leben (gerade so) ermöglichen.

Durch das Erzeugen des synthetischen Bakteriums Mycoplasma laboratorium (“JCVI-syn3.0”) konnte gezeigt werden, dass eine Kombination von 473 Genen ausreicht, um Leben zu ermöglichen.

Diese “Minimalzelle” erfüllt alle Kriterien von Leben (Metabolismus, Reproduktion, Evolutionsfähigkeit), und ist ein gutes Modell, um weiter zu erforschen, ab welcher Schwelle Leben möglich ist, bzw. welche Funktionen dafür von Proteinen bereitgestellt werden müssen.

Von diesen 473 essentiellen Genen ist die Funktion von 149 Genen (32%) jedoch nicht eindeutig nachgewiesen; von 79 Genen (17%) ist sie vollkommen unbekannt. Unser Verständnis über die Grundbedingungen des Lebens ist somit unbefriedigend unvollständig.

In diesem Projekt soll eine globale Koordinations-Plattform geschaffen werden, die es allen Interessierten ermöglicht, an der Aufklärung der Funktion der verbleibenden unbekannten Gene mitzuwirken.

Autor/in

• Name: Robert T. Giessmann
• Institution: TU Berlin
• Kontakt: email r.giessmann@tu-berlin.de

Reviews

Dies sind die Reviews von zwei Fellowship-Alumni, die im Zuge der Begutachtung veröffentlicht wurden. Bisher wurde erst für ein Review die Erlaubnis zur Veröffentlichung erteilt.

Review 1

Reviewer 1: Nicolas Schmelling

Das Projekt beschreibt ein wichtiges Problem, was wahrscheinlich in jedem Forschungsbereich zu finden ist - Lückenhafter Informationsstand, den man durch kollaboratives Arbeiten vermutlich schnell lösen könnte, indem jeder ein bisschen macht. Das Problem ist dabei nur wie motiviert man Wissenschaftler diesem höhreren Ziel beizutreten und ihre Zeit und wenigen Ressourcen zu investieren? Bisher habe ich darauf keine Antwort gefunden. Das Projekt beschreibt hier auch nur einen Weg wie man zu Beginn das Ganze ins Rollen bringen kann, geht aber wenig darauf ein wie man bis auf die erste Helfer Wissenschaftler zur Mitarbeit überzeugt. Die Ziele während des Förderzeitraumes halte ich für realistisch, jedoch etwas zu gering angesetzt (abgesehen von der Laborarbeit, die aber von den Hilfskräften übernommen werden soll). Ich würde hier gerne noch weitere Ziele und Wege sehen, wie man dieses Projekt mit bestehenden Platformen und Datenbanken integriert, um auch die Nachnutzung zu Erhöhen.

Review 2

[Erlaubnis zur Veröffentlichung noch nicht erteilt]

Antragstext

Für mehr Transparenz (und ggf. Inspiration für andere Bewerber) ist ab hier der detaillierte Inhalt der per EasyChair eingereichten Bewerbungsunterlagen veröffentlicht.

Title

Etablierung von offener dezentralisierter Wissenschaft (“Open Source Research”) zum Thema Minimalzelle

Abstract

(max. 300 words)

wie Projektbeschreibung (s. oben).

Keywords

• synthetic biology
• minimal cell
• knowledge base
• open collaboration
• distributed research
• global effort
• open source research

Beschreibung des Vorhabens

Bitte beschreiben Sie Ihr Vorhaben im Rahmen des Fellow-Programms Freies Wissen (Problemstellung, Methoden, Herangehensweisen) (max. 400 Wörter)

Problemstellung:

Obwohl seit mehreren Jahren bekannt ist, dass uns zum Verständnis der Grundvoraussetzungen von Leben insbesondere die ungeklärten Funktionen einer eigentlich überschaubaren Zahl von Genen behindert, wird dieses Vorhaben weder in einer konzertierten, noch in (sichtbaren) individuellen Anstrengung angegangen. Warum?

Die Charakterisierung von gänzlich unbekannten Genfunktionen ist für individuelle Forscher sehr unattraktiv. Das liegt unter anderem daran, dass die (blinde) Suche nach unbekannten Funktionen eines Proteins sehr aufwändig ist. In den meisten Laboren ist es zudem nicht möglich, 150 Gene parallel auf eine bestimmte Funktion zu testen. Es ist also eine Auswahl von vielversprechenden Kandidaten nötig – sofern sich dabei unwissenderweise für einen schwer aufzuklärenden Kandidaten entschieden wurde, können nach einer langen Bearbeitungszeit aber eventuell keinerlei Ergebnisse im traditionellen Sinn erfolgreich (d.h. Publikation in einer Fachzeitschrift mit hohem Journal Impact Factor) publiziert werden.

Es handelt sich hier um eine Form des “Commons Dilemma”: obwohl das dahinterstehende Ziel von allen Akteuren gewünscht ist, möchte niemand selbst in die Umsetzung investieren.

Wirklich effektiv kann eine Funktionsaufklärung zudem nur durch eine tiefe Kooperation von Experten mehrerer Subdisziplinen, wie Modellierung, Molekularbiologie, Bioverfahrenstechnik, -chemie und -analytik, angegangen werden. In den wenigsten Forschungsgruppen sind aber alle diese Experten vertreten.

Methoden & Herangehensweisen:

Mit diesem Projekt soll die Grundlage für eine global organisierte Kooperation geschaffen werden.

Ähnlich dem “Open Source Malaria”–Projekt soll in einem verteilten Projekt daran gearbeitet werden, die Funktion der letzten im Dunkel verbleibenden Gene einer Minimalzelle aufzuklären. Jeder individuelle, noch so kleine Beitrag ist wertvoll und erwünscht, da wir so dem gemeinsamen Ziel näherkommen.

Eine Erprobung der Kooperationsorganisation und einzelner Labormethoden in unserer Forschungsgruppe soll zu ersten Ergebnissen führen, die andere Gruppen ermutigen, sich zu beteiligen.

Die Methoden, die zur Charaktisierung der Proteinfunktionen notwendig sind, sollen so einfach, offen und verständlich dargestellt werden, dass sie auch von Studierende innerhalb von Praktika und/oder Forschungsprojekten realisierbar sind. Die Nutzung von Ausbildungspraktika als Ressource für wissenschaftlichen Fortschritt wird damit auch in der Synthetischen Biologie etabliert.

Im Speziellen …

• soll ein Wiki die bisherigen Ergebnisse in strukturierter Form zusammenführen.

• soll eine Mailing-Liste mit Archiv die Zusammenarbeit koordinieren.

• soll evaluiert werden, ob das Open Science Framework in der Lage ist, die im Labor erzeugten Daten und genutzten Methoden verfügbar zu machen.

• soll gemeinsam mit Forschern in den USA begonnen werden, den Prozess der kollaborativen Forschung zu testen.

• sollen erste Ergebnisse veröffentlicht werden, um andere Forscher dazu zu ermutigen, sich zu beteiligen.

Fachdisziplin

Welcher Fachdisziplin (gemäß der DFG-Fachsystematik) ist ihr Vorhaben zuzuordnen?

[ ] Geisteswissenschaften [ ] Sozialwissenschaften [ ] Lebenswissenschaften [x] Naturwissenschaften [ ] Ingenieurwissenschaften [ ] Sonstiges (z.B. Infrastruktur)

Inhaltliche Zuordnung

Zu welchen Aspekten Offener Wissenschaft lässt sich Ihr Vorhaben zuordnen?

[x] Open Access [ ] Open Educational Resources [x] Open Research Data [ ] Open Hardware [ ] Open Software [x] Open Methods [x] Open Communication

Motivation

Was ist Ihre persönliche Motivation am Fellow-Programm Freies Wissen teilzunehmen? (max. 200 Wörter)

In meinem Master-Studium bin ich über meinen Betreuer mit der „Open Source Malaria“-Bewegung in Kontakt gekommen. Ich war fasziniert davon, dass viele Menschen, um die ganze Welt verteilt, gemeinsam und offen an einer Sache arbeiten, die allen wichtig, für die Industrie aber unattraktiv und für individuelle akademische Forschung zu groß ist.

Zu Beginn meiner Doktorarbeit habe ich mich deshalb damit beschäftigt, wie auch ich meine Forschung möglichst offen dokumentieren kann – leider stand ich mit dieser Frage ziemlich alleine da, und habe kaum Unterstützung gefunden.

Auf einer Konferenz mit ca. 600 Wissenschaftlern, davon ca. 150 Professoren, wurde dann über die Minimalzelle diskutiert. Auf meine Frage, ob nicht jeder der Anwesenden ein Gen „mit nach Hause“ nehmen möchte, gab es wenig Feedback; außer vom Vortragenden, der sich sofort von der Idee begeistert zeigte.

Persönlich bin ich Verfechter von Open Source Software, und stoße damit im Forschungsalltag leider noch viel zu häufig auf Hindernisse. Durch das Fellow-Programm hoffe ich mehr Gleichgesinnte zu finden.

Schließlich hoffe ich, mit einer studentischen Hilfskraft einen „Verbündeten“ zu Open Science in unserer Arbeitsgruppe zu haben, und das Thema etablieren zu können. Erfahrungsgemäß (leider...) steigt das Interesse vor allem dann, sobald Funding für ein Thema vorhanden ist.

Zielsetzung

Welche konkreten Ziele möchten Sie im Rahmen des Fellow-Programms erreichen? (max. 200 Wörter)

Neben dem Erfüllen der technischen Voraussetzungen (Einrichten eines Wikis, einer Mailingliste), sollen konkrete molekularbiologische Arbeiten ausgeführt und dokumentiert werden, und schließlich Öffentlichkeit für das Anliegen erzeugt werden.

Dabei soll auf experimenteller Ebene versucht werden, die Funktion von mindestens 3 Genen aufzuklären, indem

1. aus Modellen abgeleitet wird, welche Funktionen in den Produkten der 149 unbekannten Gene zu erwarten sind (und dies öffentlich zu dokumentieren),

2. Gene kloniert und exprimiert werden,

3. Assays zur Identifikation der Genfunktionen in offener Weise entwickelt und durchgeführt werden,

4. Gen-Produkte (Proteine) und Gene anderen Forschern zur Verfügung gestellt werden.

Es soll mindestens ein*e Professor*in gefunden werden, der/die die Funktionsaufklärung im Rahmen eines Studierendenpraktikums etabliert.

Über das laufende Projekt soll zeitnah nach Start in mindestens einer Zeitschrift (“BioSpektrum” und/oder “Nachrichten aus der Chemie”) der entsprechenden deutschen Fachgesellschaften publiziert werden, um eine breitere (Fach-)Öffentlichkeit zu erreichen.

Es soll Kontakt mit Fachgesellschaften, Forschungsgemeinschaften, und anderen Institutionen gesucht werden, um Partner und Synergien zu entdecken.

Zur Information: Die Gene wurden von Forschern in den USA bereits synthetisiert und werden unter einem offenen Material Transfer Agreement (“openMTA”) allen Interessierten zur Verfügung gestellt. Ebenso wird dort bereits an der Liste der vermuteten Funktionen gearbeitet.

Beitrag zu Offener Wissenschaft

Wie trägt Ihr Vorhaben im Rahmen des Fellow-Programms zu Offener Wissenschaft bei? (max. 200 Wörter)

Dieses Projekt dient als Leuchtturmprojekt, das zeigt, dass Offene Wissenschaft auch im Feld der Synthetischen Biologie sinnvoll ist.

Insbesondere zeigt das Projekt, dass kollaboratives Arbeiten vor allem heißt, vorhandene Ressourcen besser zu nutzen. In offener Kollaboration ist Reuse von experimentellen Daten ein sehr wichtiges und ausgeprägtes Element, das durch das klassische Publikationssystem heutzutage nicht demonstriert werden kann.

Die Sinnhaftigkeit von “Open Source Research” zeigt sich in diesem Projekt an einem konkreten Beispiel offen und einleuchtend für die beteiligten und andere, interessierte Wissenschaftler. Das Konzept von “Open Source Research” für die Lösung eines “Commons Dilemma” kann so besser nachvollzogen werden, und inspiriert hoffentlich zum Transfer des Konzeptes auf andere Fragestellungen.

Durch die Bearbeitung eines “Open Source Research”-Projektes in Ausbildungspraktika werden bereits Studierende für Offene Wissenschaft sensibilisiert. Das Erlebnis, dazu beitragen zu können, ein globales Problem zu lösen, das für jedes einzelne Individuum zu groß wäre, führt den Professoren von morgen vor Augen, dass manche Themen nur in Kooperation angegangen werden können, und dass “Closed Source Science” hierfür ausgedient hat.

Wirkung des Vorhabens / Multiplikation

Wir erwarten, dass die Fellows Botschafter*innen für Freies Wissen sind. Wie planen Sie, im Rahmen des Fellow-Programms Offene Wissenschaft innerhalb Ihrer Institution/Community voranzubringen? (max. 200 Wörter)

Zu diesem Zeitpunkt gibt es keine öffentlich wirksam sichtbaren Open-Science-Projekte im Bereich der synthetischen Biologie. Für die Principal Investigators in diesem Bereich ist es daher schwer, abzuschätzen was das Öffnen ihrer Forschung bedeuten würde, und wie eine Realisierung aussehen könnte. Dies ändert sich mit diesem Projekt.

Im Zuge der Kontaktaufnahme mit Principal Investigators um sie für einen Letter of Intent (und schließlich die Etablierung von Beiträgen in Ausbildungspraktika) zu gewinnen, wird die Community für Offene Wissenschaft sensibilisiert.

In den Fachzeitschriften der Community wird bereits heute über Open Access diskutiert. Publikationen über den hier geplanten “Open Source Research”-Prozess werden die Community dafür sensibilisieren, dass Open Science mehr als nur Publikation mit Open-Access-Option bedeuten sollte.

Die Veröffentlichung von experimentellen Daten und Methoden in offener Weise verdeutlicht, wie auch im Gebiet der synthetischen Biologie in einem globalen Maßstab Reproduzierbarkiet und Vergleichbarkeit sichergestellt werden können.

Nachnutzung

Wie planen Sie sicherzustellen, dass das Freie Wissen, welches im Rahmen Ihres Projektes entsteht, nachgenutzt wird? (max. 200 Wörter)

Alles Wissen, das im Rahmen des Projektes entsteht, soll unter nachnutzungsfreundlichen Lizenzen, wie z.B. CC BY 4.0, veröffentlicht werden.

Alle Daten sollen nach den FAIR Data Principles aufbereitet werden. Die Überlegungen, was „FAIR“ in diesem Fall konkret heißt, sollen auf einer Wiki-Seite dokumentiert werden, um anderen Forschern aus diesem oder ähnlichen Fachgebieten konstruktive Vorschläge zu bieten, wie die FAIR Data Principles realisiert werden können.

Das Ablegen der Daten in Repositories wie dem Open Science Framework ermöglichen eine Nutzung über die Lebensdauer dieses spezifischen Projektes hinaus.

Meilensteine

Bezogen auf Ihre Ziele, skizzieren Sie bitte kurz die wichtigsten Meilensteine, die Sie im Förderzeitraum erreichen wollen (max. 200 Wörter)

• Einrichten einer Mailing-Liste mit öffentlichem Archiv
• Einrichten eines Wikis
• Unterschriebene Letter of Intents von mindestens 5 PIs
• Erhalten der DNA-Sequenzen, Nutzbarmachung zur Weiterverteilung
• Klonierung, Expression und Produktreinigung von mindestens 3 Genen in unserem Labor
• Etablierung und Dokumentation mindestens eines Assays für eine spezielle Funktion
• Etablierung einer Plattform (z.B. Open Science Framework) zum laufenden Veröffentlichen der Laborarbeiten in unserem Labor
• (fest eingeplante) Etablierung von Open Source Research in mindestens 1 Studierendenpraktikum

Mittelverwendung

Wofür planen Sie Ihre Mittel während des Förderzeitraums einzusetzen? (max. 200 Wörter)

Die Mittel sollen für die Beschäftigung einer (oder mehrerer) studentischen Hilfskraft über den Zeitraum der Förderung verwendet werden.

Beitrag zu den Wikimedia-Projekten

Wie könnte Ihr Vorhaben zu den Wikimedia-Projekten (Wikipedia, Wikidata, Wikimedia Commons, usw.) beitragen? (max. 200 Wörter)

Aufgeklärte oder vermutete Funktionen von Genen könnten in Wikipedia hinterlegt werden, und dadurch (bzw. manuell kuratiert) auch in Wikidata verfügbar gemacht werden.