Algorithmen zum Entwurf genetischer Schaltkreise
EU-Forschungsrat fördert Projekt von TU-Professor Heinz Koeppl mit 150.000 Euro
24.05.2022 von Koeppl/sip
TU-Professor Heinz Koeppl (Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik) erhält zum zweiten Mal einen „Proof of Concept“-Grant in Höhe von 150.000 Euro vom Europäischen Forschungsrat (ERC). Mit dem neuen Grant wird sein Vorhaben „PLATE – Biophysical Genetic Design Automation Technology“ gefördert, das sich mit Algorithmen für den computer-gestützten Entwurf von genetischen Schaltkreisen in der synthetischen Biologie beschäftigt.
Anders als in der Physik weist die biologische Komplexität zellulärer Prozesse die mathematische Modellierung noch immer in ihre Schranken. Nichtsdestotrotz ist die synthetische Biologie heutzutage in der Lage, für einfache, abgeschlossene biomolekulare Systeme quantitative Beschreibungen in Form von Computermodellen zu finden und sinnvolle Prädiktionen, also Vorhersagen, daraus abzuleiten. Für eine sehr eingeschränkte Menge von gut charakterisierten genetischen Elementen kann man damit auch die Zusammenschaltung dieser Elemente am Computer zuverlässig simulieren. Das Projekt PLATE von Professor Heinz Koeppl beschäftigt sich mit Algorithmen, die aus einer Sequenz- und Regulator-Bibliothek Elemente automatisch in einer funktionalen Kombination zusammenfügen und das Verhalten der entstandenen Netzwerke beziehungsweise Schaltkreise charakterisieren können.
Existierende Verfahren dafür arbeiten mit phänomenologischen Modellen, deren große Anzahl von Parametern oft dazu führt, dass die Prädiktionsfähigkeit der Modelle gering ist. PLATE entwickelt durch die Hinzunahme biophysikalischer Modelle und Grundprinzipien neue Entwurfsalgorithmen, die eine bessere Übereinstimmung zwischen Modell und experimenteller Realisierung erzielen. Die Grundlagen für solche Modelle wurden im ERC Consolidator Grant „CONSYN“ entwickelt, den Koeppl 2017 erhielt.
PLATE zielt darauf, eine gesamte digitale Entwurfssoftwareumgebung zu schaffen, in der genetische Schaltkreise erzeugt, analysiert und optimiert werden können. Da die gleiche Art von Algorithmen auch im Bereich der Mikroelektronik zu finden ist, wird Koeppl Synergien nutzen und eng mit Professor Christian Hochberger zusammenarbeiten, dem Leiter des Fachgebiets Rechnersysteme am Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik.
Das Projekt PLATE ist eine weitere wichtige Ergänzung im Projektportfolio des Centre for Synthetic Biology (Profilthema Synthetische Biologie) an der TU Darmstadt und stärkt die Aktivitäten und internationale Sichtbarkeit der TU im Bereich der synthetischen Biologie.
Proof of Concept Grant
Ein Proof of Concept-Grant ist eine Förderung, die die Forschungsgrants des Europäischen Forschungsrats (European Research Council, ERC) ergänzt. Er richtet sich ausschließlich an Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die bereits einen ERC-Grant innehaben und ein Forschungsergebnis aus ihrem laufenden oder bereits abgeschlossenen Projekt vorkommerziell verwerten möchten. Dies ist der erste Schritt zum Technologie-Transfer.
Ziel eines Proof-of-Concept-Projektes soll es sein, das Marktpotential einer solchen Idee zu überprüfen. Der ERC finanziert hiermit also keine Forschungsaktivitäten, sondern Maßnahmen zur Weiterentwicklung im Hinblick auf die Anwendungsreife, Kommerzialisierung oder Vermarktung der Idee. In der jüngsten Förderrunde wurden 55 Vorschläge aus 16 Ländern mit einem ERC Proof of Concept Grant ausgezeichnet. 96 Projektvorschläge waren eingereicht worden. Die Grants sind Teil des EU-Forschungs- und Innovationsprogramms „Horizon Europe“.
Zur Person
Heinz Koeppl studierte Physik an der Karl-Franzens-Universität Graz, Österreich. In einer Kooperation mit Infineon Technologies promovierte er 2004 in Elektrotechnik an der Technischen Universität Graz. Nach Postdoc- Aufenthalten an der UC Berkeley und der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) wurde er 2010 als Assistenzprofessor an die ETH Zürich berufen. Im Jahr 2013 gründete und leitete er zusätzlich die Systembiologiegruppe bei IBM Research Zurich. Seit Januar 2014 leitet er das Fachgebiet Bioinspirierte Kommunikationssysteme am Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik der TU Darmstadt und ist Zweitmitglied am Fachbereich Biologie. 2017 erhielt er einen ERC Consolidator Grant für sein Projekt CONSYN, 2020 einen Proof of Concept-Grant für sein Projekt LONGSENSE.
