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A new era for European molecular biology
European Molecular Biology Laboratory embarks on new strategic programme, ‘Molecules to Ecosystems’, expanding its scope by looking at life in context
Extraordinary times demand an extraordinary approach.
That is the spirit behind the next five-year strategic programme at the European Molecular Biology Laboratory (EMBL), ‘Molecules to Ecosystems’. The programme, which officially starts this year, should help start a new era for molecular life sciences in Europe and provide new avenues for collaboration and trailblazing research and innovation.
“The planet’s most challenging problems require all hands on deck,” said Edith Heard, EMBL Director General. “Today, molecular biologists have unprecedented tools and talent to explore the mechanisms and diversity of life in context and across scales, and to rise up to human and planetary health challenges.”
On 24 November 2021, the anniversary of the publication of Darwin’s Origin of Species, EMBL’s Council of Delegates approved the ‘Molecules to Ecosystems’ programme for 2022-2026. This strategic document expands EMBL’s scope to understanding ecosystems at the molecular level and studying life in the context of its environment. The result is fundamental research that informs potential solutions for some of society’s biggest challenges, such as an irreversible loss of biodiversity, antimicrobial resistance, pollution, climate change, food security, and emergent pathogens.
EMBL’s programme is the strategic plan and vision that underpins EMBL research, services, training, and operations. Under the aegis of this new programme, EMBL will consider the molecular basis of life in its broadest sense – not only in the context of cells and whole organisms, but also within communities where organisms interact with each other and respond to constantly changing physical and chemical conditions.
Building on past expertise
In recent years, EMBL researchers have already made strides towards scientific discoveries that follow the spirit of the new programme. Some of the projects EMBL has already begun pursuing and will expand upon under the aegis of the new programme include:
- EMBL has initiated and participated in collaborative expeditions with the Tara Oceans Consortium to monitor oceans around the world, revealing an extraordinary and previously unexplored biodiversity. Studying the impact of climate change on biodiversity is vitally important, given the role many ecosystems play in regulating climate.
- Researchers at EMBL have also shown that the relative abundance of bacteria and fungi in terrestrial topsoil is critical for nutrient cycling and may have a profound impact on the appearance of antibiotic resistance genes. Understanding the molecular basis of antibiotic resistance transmission in natural contexts provides a fundamental understanding with wider application, such as potentially assisting drug discovery and treatment approaches.
- EMBL scientists have also developed computational tools, including lightweight apps, to enable genome-based surveillance of infectious diseases. Scientists across EMBL and its member states are carrying out a range of studies to study the emergence and spread of pathogens. This is highly relevant, given that biodiversity loss facilitates the emergence of new pathogens and frequently increases rates of transmission.
- Finally, in the context of human health, a plethora of studies now demonstrate correlations between gut microbiome composition, nutrition, and common disorders such as metabolic disease or cancer. The hope is that these correlations can translate into therapies using mechanism-based approaches.
EMBL researchers will continue to explore these avenues, in addition to pursuing new questions made possible under the new programme with its wider scope.
The tools to study molecular biology in context
Pushing the boundaries of molecular biology research requires EMBL scientists to embrace new tools and innovations as well as being part of that technological innovation.
“Over recent decades, there have been remarkable molecular insights based on model organisms ranging from bacteria to animals, under defined lab conditions. However, life does not happen in isolation,” Professor Heard said. “From humans in cities, to plankton in oceans or microbes in topsoil or in the human gut, every organism in nature is part of a complex and dynamic ecosystem, and we need to grasp the molecular mechanisms of life in these natural contexts.”
Molecular biologists have now acquired an array of tools to probe and decipher the molecular mechanisms that underlie organisms’ variability and survival, not just in a lab setting but in the wild. A variety of imaging tools can capture ‘snapshots’ of organisms, tissues, cells, and their inner organelles in situ. Scientists can sequence full genomes, analyse an organism’s complement of proteins, metabolites, and transcriptomes in different physiological or diseased states, and offer detailed information about these entities’ structure and function.
Molecular biologists have always been interested in understanding the underpinning mechanisms of life. Now, we are at a critical turning point where we can help illuminate how life works in an interconnected, constantly changing world.
– EMBL Director General Edith Heard
Additionally, new technologies are being developed to measure ecosystem components – from molecules to cells, organisms, populations, and communities – in an unprecedented fashion and while factoring in chemical and physical environmental parameters. Advances in computational power and artificial intelligence also enable rigorous analysis and creative integration of these data. This tremendous technological progress in life sciences can now be coupled with the capacity to gather and analyse data of greater scope, resolution, and quality than ever before.
This means that scientists can collect measurements of environmental context systematically, answer fundamental questions about life in context, and integrate a new level of complexity and understanding into the study of biology. With the new programme, EMBL aims to serve as a nexus for this interdisciplinary, collaborative approach.
Building capacity at EMBL and beyond
Through this new programme, EMBL will also build on its existing and globally recognised expertise in areas such as molecular and cellular biology, structural biology and developmental biology, and expand into new areas including planetary biology, human ecosystems, infection biology, and microbial ecosystems. Developing advanced data sciences and theoretical approaches will be central to the research strategy.
The new programme will expand EMBL’s multidisciplinary and collaborative approach to its research, services, and training. Through close collaborations across scientific domains and within all of EMBL’s member states, EMBL will build bridges with new disciplines, including ecology and epidemiology, while keeping a firm foundation in molecular biology. EMBL will also look to train a new generation of interdisciplinary scientists who will address real-life scientific questions and prepare for future challenges. And while this programme expands EMBL’s purview in certain areas, its research mission remains the same: to better understand the molecular basis of life.
Over the next five years, EMBL will increasingly add to the resources it provides researchers to facilitate this expansion of mission and connect to new expertise thanks to scientists from member states.
For example, by collaborating with ecologists, zoologists, environmental scientists, and epidemiologists, EMBL will launch a new mobile laboratory service with state-of-the-art molecular technologies to explore land-water interfaces across Europe. This will be done together with the European Marine Biological Resource Centre and other national stakeholders. It’s this kind of collaboration that can maximise European science funding while broadening research perspective in this new era of European life science research.
Additionally, the new EMBL Imaging Centre will increase capabilities and expand training opportunities, attracting users from all over Europe, while macromolecular crystallography (MX) and small angle X-ray scattering (SAXS) at EMBL’s Grenoble and Hamburg sites will pilot new services with input from the structural biology community at large.
“The advances in technology that will allow EMBL’s evolution will also raise the capacity of our collaborators in other disciplines, such as ecologists, epidemiologists, and engineers,” Professor Heard said. “Molecular biologists have always been interested in understanding the underpinning mechanisms of life. Now, we are at a critical turning point where we can help illuminate how life works in an interconnected, constantly changing world. We are excited to embark on this new era, hand in hand with scientists from other fields, in our member states and around the world.”
Eine neue Ära der europäischen Molekularbiologie
Mit seinem neuen Programm „Von Molekülen zu Ökosystemen“ (`Molecules to Ecosystems´) erweitert das Europäisches Laboratorium für Molekularbiologie seinen Forschungsrahmen um die Erforschung von Leben in seinem Kontext.
Außergewöhnliche Zeiten erfordern einen außergewöhnlichen Ansatz.
Dies ist der Grundgedanke des nächsten fünfjährigen Strategieprogramms `Molecules to Ecosystems´ des Europäischen Laboratoriums für Molekularbiologie (EMBL). Das offiziell in diesem Jahr anlaufende Programm soll über neue Kooperationswege, bahnbrechende Forschung und Innovation eine neue Ära für die molekularen Biowissenschaften in Europa einläuten.
“Die größten Probleme unseres Planeten können wir nur angehen, wenn wir alle gemeinsam an einem Strang ziehen,” sagte Edith Heard, Generaldirektorin des EMBL. “Molekularbiolog*innen verfügen heute über beispiellose Werkzeuge und Fähigkeiten, die Mechanismen und die Vielfalt des Lebens ansatzübergreifend und in seinem Kontext zu erforschen. So können wir den heutigen Herausforderungen an die Gesundheit von Mensch und Planet entgegentreten.”
Am 24. November 2021, dem Jahrestag der Veröffentlichung von Darwins `Origin of Species´, verabschiedete der Delegiertenrat des EMBL das Programm `Molecules to Ecosystems´ für den Zeitraum 2022-2026. Mit diesem strategischen Dokument wird der Aufgabenbereich des EMBL auf das Verständnis von Ökosystemen auf molekularer Ebene und die Untersuchung des Lebens im Kontext seiner Umwelt ausgeweitet. Das Ergebnis ist Grundlagenforschung, die potenzielle Lösungen für einige der größten gesellschaftlichen Herausforderungen unserer Zeit, wie z. B. den irreversiblen Verlust der biologischen Vielfalt, antimikrobielle Resistenzen, Umweltverschmutzung, Klimawandel, Ernährungssicherheit und neu auftretende Krankheitserreger, aufzeigen wird.
Das Programm des EMBL ist der strategische Plan und die Vision, die der Forschung, den Dienstleistungen, der Aus- und Weiterbildung und dem Betrieb des EMBL zugrunde liegen. Unter der Ägide dieses neuen Programms wird das EMBL die molekularen Grundlagen des Lebens im weitesten Sinne untersuchen – nicht nur im Kontext von Zellen und ganzen Organismen, sondern auch innerhalb von Gemeinschaften, in denen Organismen miteinander interagieren, und auf sich ständig verändernde physikalische und chemische Bedingungen reagieren.
Auf etablierte Expertise aufbauen
Bereits in den letzten Jahren haben sich EMBL-Forscher*innen aufgemacht zu wissenschaftlichen Entdeckungen, die dem Geist des neuen Programms entsprechen. Einige der Projekte, die innerhalb des EMBL bereits angestoßen wurden und nun weiter ausgebaut werden sollen, sind Folgende:
- Das EMBL hat gemeinsame Expeditionen mit dem Tara Oceans Konsortium initiiert und sich daran beteiligt, die Ozeane unseres Planeten zu beobachten und dabei eine außergewöhnliche und bisher unerforschte Artenvielfalt zu entdecken. Die Erforschung der Auswirkungen des Klimawandels auf die biologische Vielfalt ist angesichts der Rolle, die viele Ökosysteme bei der Klimaregulierung spielen, von entscheidender Bedeutung.
- Forscher*innen am EMBL haben aufgezeigt, dass sich die Zusammensetzung von Bakterien- und Pilzpopulationen in der obersten Bodenschicht entscheidend auf den Nährstoffkreislauf auswirkt und damit einen großen Einfluss auf das Auftreten von Antibiotikaresistenzgenen ausüben kann. Das Verständnis der molekularen Grundlagen bei der Übertragung von Antibiotikaresistenzen in der Natur ermöglicht auch eine breit gefächerte Anwendung dieser Erkenntnisse, z. B. bei der Entwicklung von Medikamenten und Behandlungsansätzen.
- EMBL-Wissenschaftler*innen haben darüber hinaus computergestützte Werkzeuge entwickelt, darunter Anwendungen, die eine genombasierte Überwachung von Infektionskrankheiten ermöglichen. Forschende innerhalb des EMBL und seiner Mitgliedsstaaten führen eine Reihe von Studien durch, die die Entstehung und Verbreitung von Krankheitserregern untersuchen. Diese Studien sind besonders relevant, da der Verlust der biologischen Artenvielfalt das Auftreten neuer Krankheitserreger begünstigt und häufig auch die Übertragungsraten erhöht.
- Im Kontext der menschlichen Gesundheit gibt es mittlerweile zahlreiche Studien, die Zusammenhänge zwischen der Zusammensetzung des Darmmikrobioms, der Ernährung und weit verbreiteten Krankheiten wie Stoffwechselerkrankungen oder Krebs nachweisen. Es besteht die Hoffnung, dass diese Zusammenhänge mit Hilfe neuer Ansätze, die die zugrunde liegenden Mechanismen erforschen, in konkrete Therapien umgesetzt werden können.
Die Forscherinnen und Forscher des EMBL werden diese Wege auch weiterhin beschreiten und können darüber hinaus innerhalb des erweiterten Forschungsrahmens im neuen Programm auch neuen Fragestellungen nachgehen.
Die molekularbiologischen Werkzeuge zur Untersuchung des Lebens im Kontext
Um die Grenzen der molekularbiologischen Forschung zu erweitern, ist die die Anwendung neuer Instrumente und Innovationen genauso notwendig wie selbst Teil technologischer Innovation sein.
“In den letzten Jahrzehnten wurden bemerkenswerte molekulare Erkenntnisse auf der Grundlage von Modellorganismen – von Bakterien bis zu Tieren – unter definierten Laborbedingungen gewonnen. Das Leben findet jedoch nicht in Isolation statt,” sagte Professor Heard. “Vom Menschen in der Stadt, über Plankton in den Ozeanen, bis hin zu den Mikroben im Mutterboden oder im menschlichen Darm ist jeder Organismus in der Natur Teil eines komplexen und dynamischen Ökosystems, und wir müssen die molekularen Mechanismen des Lebens in diesen natürlichen Zusammenhängen verstehen.”
Molekularbiolog*innen verfügen heute über eine Reihe von Instrumenten, die es ihnen ermöglichen, molekulare Mechanismen zu untersuchen und zu entschlüsseln, die der Variabilität und dem Überleben von Organismen zugrunde liegen – und dies nicht nur im Labor, sondern auch in der Natur. Eine Vielzahl von bildgebenden Verfahren kann Momentaufnahmen von Organismen, Geweben, Zellen und deren inneren Organellen produzieren. Ebenso sind Forschende mittlerweile in der Lage, vollständige Genome zu sequenzieren, die Zusammensetzung von Proteinen, Metaboliten und Transkriptomen eines Organismus in verschiedenen physiologischen oder kranken Zuständen zu analysieren, und detaillierte Informationen über die Struktur und Funktion dieser Bausteine des Lebens zu erlangen.
Molekularbiolog*innen waren immer schon daran interessiert, die dem Leben zugrunde liegenden Mechanismen zu verstehen. Heute stehen wir an einem kritischen Wendepunkt, an dem wir das Leben in einer vernetzten, sich ständig verändernden Welt beleuchten können. Wir freuen uns darauf, diese neue Ära gemeinsam mit Wissenschaftler*innen aus anderen Forschungsbereichen, in unseren Mitgliedsstaaten und auf der ganzen Welt einzuläuten.
– Edith Heard, Generaldirektorin des EMBL
Darüber hinaus werden weiterhin neue Technologien entwickelt, um Ökosystemkomponenten – von Molekülen über Zellen, Organismen, Populationen und Gemeinschaften – in noch nie dagewesener Weise zu erfassen und dabei chemische und physikalische Umweltparameter zu berücksichtigen. Die Weiterentwicklung der Rechenleistung von Computern und der Anwendung Künstlicher Intelligenz ermöglichen zudem eine exakte Auswertung und innovative Integration dieser Daten. Durch diese enormen technologischen Fortschritte in den Biowissenschaften können heute Daten von größerem Umfang, höherer Auflösung und besserer Qualität als je zuvor gesammelt und analysiert werden.
All dies bedeutet, dass Wissenschaftler*innen Umweltkontexte systematisch erfassen, grundlegende Fragen über das Leben im Kontext beantworten, und eine neue Ebene der Komplexität und des Verständnisses in die Biologieforschung integrieren können. Durch das neue Programm will das EMBL als Schnittstelle für diesen interdisziplinären, kooperativen Ansatz dienen.
Aufbau von Kapazitäten am EMBL und darüber hinaus
Mit dem neuen Programm wird das EMBL auch auf seiner bestehenden und weltweit anerkannten Expertise in Bereichen wie der Molekular- und Zellbiologie sowie der Struktur- und der Entwicklungsbiologie aufbauen, und in neue Forschungsbereiche wie der Biologie unseres Planeten, menschlicher und mikrobieller Ökosysteme, sowie Infektionsbiologie expandieren. Die Weiterentwicklung angewandter Datenwissenschaften und theoretischer Ansätze wird dabei im Mittelpunkt der Forschungsstrategie stehen.
Das neue Programm wird den multidisziplinären und kollaborativen Ansatz des EMBL in der Forschung, den Dienstleistungen und in der Aus- und Weiterbildung erweitern. Durch eine enge Zusammenarbeit über verschiedene wissenschaftliche Bereiche hinweg und innerhalb aller EMBL-Mitgliedsstaaten wird das EMBL Brücken zu neuen Disziplinen wie der Ökologie und der Epidemiologie schlagen und gleichzeitig seine solide Grundlage in der Molekularbiologie bewahren. Ebenso wird das EMBL die Aus- und Weiterbildung einer neuen Generation interdisziplinärer Wissenschaftler*innen, die sich mit realen wissenschaftlichen Fragen befassen und sich auf künftige Herausforderungen vorbereiten, nicht aus den Augen verlieren. Auch wenn das neue Programm den Aufgabenbereich des EMBL in bestimmten Bereichen erweitert, bleibt sein Forschungsauftrag derselbe: die molekularen Grundlagen des Lebens besser zu verstehen.
In den nächsten fünf Jahren wird das EMBL nicht nur die Ressourcen, die es Forscher*innen zur Verfügung stellt, zunehmend erweitern, um die Ausweitung seines Forschungsauftrags voranzutreiben. Es wird gleichermaßen seine Expertise durch enge Verbindungen mit Wissenschaftler*innen aus den EMBL-Mitgliedstaaten ausbauen.
So wird das EMBL zum Beispiel in Zusammenarbeit mit Ökolog*innen, Zoolog*innen, Umweltwissenschaftler*innen und Epidemiolog*innen einen neuen mobilen Labordienst mit modernsten molekularen Technologien einrichten, um Küstenbereiche in ganz Europa zu untersuchen. In diesem Projekt kooperiert das EMBL mit dem European Marine Biological Resource Centre und weiteren nationalen Akteuren. Durch diese Art der Zusammenarbeit kann europäische Wissenschaftsfinanzierung maximiert, und gleichzeitig die Forschungsperspektive in dieser neuen Ära europäischer biowissenschaftlichen Forschung erweitert werden.
Ebenso wird das neue EMBL Imaging Centre seine Kapazitäten und Ausbildungsmöglichkeiten ausbauen und so Nutzer*innen aus ganz Europa anziehen. Gleichzeitig wird die makromolekulare Kristallographie (MX) und die Röntgenkleinwinkelstreuung (SAXS) an den EMBL-Standorten in Grenoble und Hamburg unter Einbezug der weiteren strukturbiologischen Forschungsgemeinschaft neue Serviceangebote anstoßen.
“Die technologischen Fortschritte, die eine Weiterentwicklung des EMBL ermöglichen, werden auch die Kapazitäten unserer Kooperationspartner aus anderen Disziplinen, z.B. Ökolog*innen, Epidemiolog*innen und Ingenieur*innen, erweitern”, sagte Professor Heard. “Molekularbiolog*innen waren immer schon daran interessiert, die dem Leben zugrunde liegenden Mechanismen zu verstehen. Heute stehen wir an einem kritischen Wendepunkt, an dem wir das Leben in einer vernetzten, sich ständig verändernden Welt beleuchten können. Wir freuen uns darauf, diese neue Ära gemeinsam mit Wissenschaftler*innen aus anderen Forschungsbereichen, in unseren Mitgliedsstaaten und auf der ganzen Welt einzuläuten.”
Une nouvelle ère pour la biologie moléculaire européenne
Le Laboratoire européen de biologie moléculaire se lance dans un nouveau programme stratégique, “Des molécules aux écosystèmes”, qui élargit son champ d’action en considérant la vie dans son contexte.
Des temps extraordinaires exigent une approche extraordinaire.
Tel est l’esprit du prochain programme stratégique quinquennal du Laboratoire européen de biologie moléculaire (EMBL), intitulé “Des molécules aux écosystèmes”. Ce programme, qui démarre officiellement cette année, devrait contribuer à ouvrir une nouvelle ère pour les sciences de la vie moléculaires en Europe et offrir de nouvelles possibilités de collaboration ainsi qu’une recherche et des innovations d’avant-garde.
“Les problèmes les plus difficiles de la planète exigent la mobilisation de tous et de toutes », a déclaré Edith Heard, directrice générale de l’EMBL. “Aujourd’hui, les biologistes moléculaires disposent d’outils et de talents sans précédent pour explorer les mécanismes et la diversité de la vie dans son contexte et à différentes échelles, et pour relever les défis de la santé humaine et planétaire.”
Le 24 novembre 2021, date anniversaire de la publication de L’origine des espèces de Darwin, le Conseil des délégués de l’EMBL a approuvé le programme ” Des molécules aux écosystèmes ” pour 2022-2026. Ce document stratégique élargit le champ d’action de l’EMBL à la compréhension des écosystèmes au niveau moléculaire et à l’étude de la vie dans son contexte environnemental. Cela se traduit par le développement d’une recherche fondamentale qui éclaire les solutions potentielles à certains des plus grands défis de la société, tels que la perte irréversible de biodiversité, la résistance aux antimicrobiens, la pollution, le changement climatique, la sécurité alimentaire et l’émergence de pathogènes.
Le programme de l’EMBL est le plan stratégique et la vision qui sous-tendent la recherche, les services, la formation et les opérations de l’EMBL. Sous l’égide de ce nouveau programme, l’EMBL étudiera les bases moléculaires de la vie dans son sens le plus large – non seulement dans le contexte des cellules et des organismes entiers, mais aussi au sein des communautés où les organismes interagissent entre eux et répondent à des conditions physiques et chimiques en constante évolution.
Tirer parti de l’expertise accumulée
Ces dernières années, les chercheurs de l’EMBL ont déjà fait des progrès vers des découvertes scientifiques qui suivent l’esprit du nouveau programme. Voici quelques-uns des projets que l’EMBL a déjà commencé à mener et qu’il développera sous l’égide du nouveau programme :
- L’EMBL a lancé et participé à des expéditions en collaboration avec le Consortium Tara Océans pour surveiller les océans du monde entier, et qui ont permis de révéler une biodiversité extraordinaire, jusqu’alors inexplorée. L’étude de l’impact du changement climatique sur la biodiversité est d’une importance vitale, étant donné le rôle que jouent de nombreux écosystèmes dans la régulation du climat.
- Les chercheurs de l’EMBL ont également montré que l’abondance relative des bactéries et des champignons dans la couche arable terrestre est essentielle au cycle des nutriments et peut avoir un impact profond sur l’apparition de gènes de résistance aux antibiotiques. Une meilleure connaissance de la base moléculaire à l’origine de la transmission de la résistance aux antibiotiques dans des contextes naturels permet de fournir une compréhension fondamentale de ces mécanismes. Elle peut d’ailleurs mener à des applications plus larges, telles que l’aide potentielle à la découverte de médicaments et de traitements.
- Les scientifiques de l’EMBL ont également développé des outils informatiques, y compris des applications facilement transportables, permettant une surveillance des maladies infectieuses basée sur le génome du pathogène. Les scientifiques de l’EMBL et de ses États membres mènent toute une série d’études pour suivre l’émergence et la propagation des agents pathogènes. Ceci est important à prendre en compte, étant donné que la perte de biodiversité facilite l’émergence de nouveaux agents pathogènes et augmente fréquemment les taux de transmission.
- Enfin, dans le contexte de la santé humaine, un grand nombre d’études démontre désormais des corrélations entre la composition du microbiome intestinal, la nutrition et des troubles fréquents tels que les maladies métaboliques ou le cancer. Ces corrélations pourraient se traduire par le développement de traitements grâce à des approches thérapeutiques basées sur ces mécanismes.
Les chercheurs de l’EMBL continueront à explorer ces pistes, en plus de se pencher sur de nouvelles questions que vise le nouveau programme, aux perspectives plus vastes.
Des outils pour étudier la biologie moléculaire ‘en contexte’
Pour repousser les limites de la recherche en biologie moléculaire, il faut que les scientifiques de l’EMBL adoptent de nouveaux outils et innovations et qu’ils prennent part à ce développement technologique novateur.
“Au cours des dernières décennies, des découvertes moléculaires remarquables ont été faites à partir d’organismes modèles, allant des bactéries aux animaux, dans des conditions de laboratoire définies. Cependant, la vie ne se déroule pas de manière isolée”, a déclaré le professeur Heard. “Depuis les êtres humains dans les villes, jusqu’au plancton dans les océans ou aux microbes dans la couche arable ou dans l’intestin humain, chaque organisme dans la nature fait partie d’un écosystème complexe et dynamique. Nous devons saisir les mécanismes moléculaires de la vie dans ces contextes naturels.”
Les biologistes moléculaires disposent désormais d’une panoplie d’outils pour sonder et déchiffrer les mécanismes moléculaires qui sous-tendent la variabilité et la survie des organismes, non seulement en laboratoire mais aussi dans la nature. Divers outils d’imagerie permettent de prendre des “instantanés” d’organismes, de tissus, de cellules et de leurs organites internes in situ. Les scientifiques peuvent séquencer des génomes complets, ou encore analyser le complément de protéines, de métabolites et de transcriptomes d’un organisme dans différents états physiologiques ou pathologiques, et fournir des informations détaillées sur la structure et la fonction de ces entités.
Les biologistes moléculaires ont toujours été intéressés par la compréhension des mécanismes sous-jacents de la vie. Aujourd’hui, nous sommes à un tournant critique où nous pouvons contribuer à éclairer le fonctionnement de la vie dans un monde interconnecté et en constante évolution. Nous sommes enthousiastes à l’idée de nous lancer dans cette nouvelle ère, main dans la main avec des scientifiques d’autres domaines, dans nos États membres et dans le monde entier.
– Edith Heard, directrice générale de l’EMBL
En outre, de nouvelles technologies sont mises au point pour mesurer les composants des écosystèmes – des molécules aux cellules, en passant par les organismes, les populations et les communautés – d’une manière sans précédent et en tenant compte des paramètres environnementaux chimiques et physiques. Les progrès de la puissance de calcul et de l’intelligence artificielle permettent également une analyse rigoureuse et une intégration créative de ces données. Ces formidables progrès technologiques dans le domaine des sciences de la vie peuvent désormais être associés à la capacité de collecter et d’analyser des données d’une portée, résolution et qualité sans précédent.
Cela signifie que les scientifiques peuvent collecter des mesures relatives au contexte environnemental de manière systématique, répondre à des questions fondamentales sur la vie dans son contexte et intégrer un nouveau niveau de complexité et de compréhension dans l’étude de la biologie. Avec ce nouveau programme, l’EMBL entend servir de point de convergence pour cette approche interdisciplinaire et collaborative.
Renforcer les capacités à l’EMBL et au-delà
Grâce à ce nouveau programme, l’EMBL s’appuiera également sur son expertise existante et mondialement reconnue dans des domaines tels que la biologie moléculaire et cellulaire, la biologie structurale et la biologie du développement, et s’étendra à de nouveaux domaines, comme la biologie planétaire, les écosystèmes humains, la biologie des infections et les écosystèmes microbiens. Le développement de la science des données et des approches théoriques avancées sera au cœur de cette stratégie de recherche.
Le nouveau programme élargira l’approche multidisciplinaire et collaborative de l’EMBL en matière de recherche, de services et de formation. Grâce à d’étroites collaborations entre les domaines scientifiques et au sein de tous ses États membres, l’EMBL construira des passerelles entre de nouvelles disciplines, comme l’écologie et l’épidémiologie, tout en conservant une base solide en biologie moléculaire. L’EMBL cherchera également à former une nouvelle génération de scientifiques interdisciplinaires qui s’attaqueront aux questions scientifiques de la vie réelle et se prépareront aux défis futurs. Et si ce programme élargit le champ d’action de l’EMBL dans certains domaines, sa mission de recherche reste la même : mieux comprendre les bases moléculaires de la vie.
Au cours des cinq prochaines années, l’EMBL augmentera de plus en plus les ressources qu’il met à la disposition des chercheurs pour faciliter l’élargissement de cette mission et se connecter à de nouvelles expertises grâce aux scientifiques des États membres.
L’EMBL lancera, par exemple, un nouveau service de laboratoire mobile, doté de technologies moléculaires de pointe, pour explorer les interfaces terre-eau dans toute l’Europe. Cela se fera grâce à une collaboration avec des écologistes, des zoologistes, des spécialistes de l’environnement et des épidémiologistes. Ce projet sera également réalisé en collaboration avec le Centre européen de ressources biologiques marines et d’autres acteurs nationaux. C’est ce type d’alliances qui peut maximiser le financement scientifique européen tout en élargissant les perspectives de recherche dans cette nouvelle ère de la recherche européenne en sciences de la vie.
En outre, le nouveau centre d’imagerie de l’EMBL augmentera les capacités et élargira les possibilités de formation, attirant des utilisateurs de toute l’Europe, tandis que la cristallographie macromoléculaire (MX) et la diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS) sur les sites de l’EMBL à Grenoble et à Hambourg piloteront de nouveaux services, avec la contribution de la communauté de la biologie structurale dans son ensemble.
“Les progrès technologiques qui permettront l’évolution de l’EMBL augmenteront également les capacités de nos collaborateurs dans d’autres disciplines, comme les écologistes, les épidémiologistes et les ingénieurs”, a déclaré le professeur Heard. “Les biologistes moléculaires ont toujours été intéressés par la compréhension des mécanismes sous-jacents de la vie. Aujourd’hui, nous sommes à un tournant critique où nous pouvons contribuer à éclairer le fonctionnement de la vie dans un monde interconnecté et en constante évolution. Nous sommes enthousiastes à l’idée de nous lancer dans cette nouvelle ère, main dans la main avec des scientifiques d’autres domaines, dans nos États membres et dans le monde entier.”
Una nueva era para la biología molecular europea
El Laboratorio Europeo de Biología Molecular se embarca en un nuevo programa estratégico, “Molecules to Ecosystems”, que amplía su campo de acción para observar la vida en su contexto.
Tiempos extraordinarios requieren estrategias extraordinarias.
Este es el espíritu del próximo programa estratégico quinquenal del Laboratorio Europeo de Biología Molecular (EMBL por sus siglas en inglés), “Molecules to Ecosystems”. El programa, que comienza oficialmente este año, pretende ayudar a iniciar una nueva era para las ciencias de la vida molecular en Europa y proporcionar vías de colaboración y de investigación e innovación pioneras.
“Los problemas más desafiantes del planeta exigen la colaboración de todos”, apunta Edith Heard, Directora General del EMBL. “Hoy en día, los biólogos moleculares disponen de herramientas y talento sin precedentes para explorar los mecanismos y la diversidad de la vida en su contexto y a distintas escalas, y para hacer frente a los retos de la salud humana y planetaria.”
El 24 de noviembre de 2021, en el aniversario de la publicación de El origen de las especies de Darwin, el Consejo de Delegados del EMBL aprobó el programa “Molecules to Ecosystems” para 2022-2026. Este documento estratégico amplía el alcance del EMBL para comprender los ecosistemas a nivel molecular y estudiar la vida en el contexto de su entorno. El resultado es una investigación fundamental que aporta posibles soluciones para algunos de los mayores retos de la sociedad, como la pérdida irreversible de biodiversidad, la resistencia a los antimicrobianos, la contaminación, el cambio climático, la seguridad alimentaria y los patógenos emergentes.
El programa del EMBL es el plan estratégico y la visión que sustenta la investigación, los servicios, la formación y las operaciones de la organización. En el nuevo programa, el EMBL estudiará las bases moleculares de la vida en su sentido más amplio, no sólo en el contexto de las células y los organismos completos, sino también dentro de las comunidades en las que los organismos interactúan entre sí y responden a condiciones físicas y químicas en constante cambio.
Aprovechando la experiencia del pasado
En los últimos años, el personal investigador del EMBL ya ha dado pasos hacia descubrimientos científicos que siguen el espíritu del nuevo programa. Algunos de los proyectos que el EMBL ya ha comenzado a realizar y que se ampliarán gracias al nuevo programa son los siguientes:
- El EMBL ha iniciado y participado en expediciones en colaboración con el Consorcio Tara Oceans para monitorizar los océanos de todo el mundo, revelando una biodiversidad extraordinaria y hasta ahora inexplorada. Estudiar el impacto del cambio climático en la biodiversidad es de vital importancia, dado el papel que desempeñan muchos ecosistemas en la regulación del clima.
- Los investigadores del EMBL también han demostrado que la abundancia relativa de bacterias y hongos en la capa superior del suelo terrestre es fundamental para el ciclo de los nutrientes y puede tener un profundo impacto en la aparición de genes de resistencia a los antibióticos. El entendimiento de las bases moleculares de la transmisión de la resistencia a los antibióticos en contextos naturales proporciona una comprensión fundamental con una aplicación más amplia, como la ayuda potencial al descubrimiento de fármacos y a los enfoques de tratamiento.
- Las científicas y los científicos del EMBL también han desarrollado herramientas computacionales, incluyendo aplicaciones ligeras, para permitir la vigilancia de enfermedades infecciosas basadas en el genoma. El EMBL y sus estados miembros están llevando a cabo una serie de estudios para entender la aparición y propagación de patógenos. Esto es muy relevante, dado que la pérdida de biodiversidad facilita la aparición de nuevos patógenos y con frecuencia aumenta las tasas de transmisión.
- Por último, en el contexto de la salud humana, una plétora de estudios demuestra las correlaciones entre la composición del microbioma intestinal, la nutrición y trastornos comunes como las enfermedades metabólicas o el cáncer. La esperanza es que estas correlaciones puedan traducirse en terapias basadas en mecanismos de acción.
Los investigadores del EMBL seguirán explorando estas vías, además de iniciar nuevos proyectos, que serán posibles gracias al alcance más amplio que ofrece el nuevo programa.
Herramientas para estudiar la biología molecular en su contexto
Para ampliar los límites de la investigación en biología molecular, es necesario que el personal científico del EMBL adopte y desarrolle nuevas herramientas innovadoras.
“En las últimas décadas, se han obtenido notables conocimientos moleculares basados en organismos modelo, desde bacterias hasta animales, en condiciones de laboratorio definidas. Sin embargo, la vida no ocurre de forma aislada”, asegura la Profesora Heard. “Desde los seres humanos en las ciudades, hasta el plancton en los océanos o los microbios en la superficie del suelo o en el intestino humano, todos los organismos de la naturaleza forman parte de un ecosistema complejo y dinámico, y necesitamos comprender los mecanismos moleculares de la vida en estos contextos naturales”.
Los biólogos moleculares se han dotado de toda una serie de herramientas para investigar y descifrar los mecanismos moleculares que subyacen a la variabilidad y la supervivencia de los organismos, no sólo en el laboratorio sino también en la naturaleza. Diferentes herramientas de imagen pueden capturar “instantáneas” de organismos, tejidos, células y sus orgánulos internos in situ. Los científicos pueden secuenciar genomas completos, analizar proteínas, metabolitos y transcriptomas de un organismo en diferentes estados fisiológicos o de enfermedad, y ofrecer información detallada sobre la estructura y función de estas entidades.
Los biólogos moleculares siempre han estado interesados en comprender los mecanismos subyacentes de la vida. Ahora nos encontramos en un punto de inflexión crítico en el que podemos ayudar a esclarecer cómo funciona la vida en un mundo interconectado y en constante cambio. Estamos muy contentos de embarcarnos en esta nueva era, de la mano de científicos de otros campos, en nuestros estados miembros y en todo el mundo.
– Edith Heard, Directora General del EMBL
Además, se están desarrollando nuevas tecnologías para medir los componentes de los ecosistemas – desde las moléculas hasta las células, pasando por los organismos, las poblaciones y las comunidades –teniendo en cuenta los parámetros químicos y físicos del entorno. Los avances en tecnología computacional e inteligencia artificial también permiten un análisis riguroso y una integración creativa de datos. Este enorme progreso tecnológico en las ciencias de la vida puede ir acompañado ahora de la capacidad de reunir y analizar datos de mayor alcance, de una resolución y calidad como nunca antes.
Esto significa que los científicos pueden medir el contexto ambiental de forma sistemática, responder a preguntas fundamentales sobre la vida en su contexto e integrar un nuevo nivel de complejidad y comprensión en el estudio de la biología. Con el nuevo programa, el EMBL pretende servir de nexo para este enfoque interdisciplinar y colaborativo.
Fomentar capacidades en el EMBL y fuera de él
A través de este nuevo programa, el EMBL también se basará en su experiencia existente y mundialmente reconocida en áreas como la biología molecular y celular, la biología estructural y la biología del desarrollo, y se expandirá en nuevas áreas, incluyendo la biología planetaria, los ecosistemas humanos, la biología de las infecciones y los ecosistemas microbianos. El desarrollo de las ciencias de datos y enfoques teóricos avanzados será fundamental para la estrategia de investigación.
El nuevo programa ampliará el enfoque multidisciplinar y de colaboración del EMBL en la investigación, servicios y formación. A través de una estrecha colaboración en todos los ámbitos científicos y dentro de todos los estados miembros del EMBL, éste tenderá puentes con nuevas disciplinas, como la ecología y la epidemiología, manteniendo al mismo tiempo una base firme en la biología molecular. El EMBL también tratará de formar a una nueva generación de científicas y científicos de manera interdisciplinar, que aborden cuestiones científicas de la vida real y se preparen para los retos del futuro. Y aunque este programa amplía el ámbito del EMBL en ciertas áreas, su misión de investigación sigue siendo la misma: comprender mejor las bases moleculares de la vida.
En los próximos cinco años, el EMBL aumentará los recursos que proporciona a los investigadores para facilitar la ampliación de la misión y conectar con nuevos conocimientos gracias a los científicos de los Estados miembros.
Por ejemplo, se colaborará con ecólogos, zoólogos, científicos medioambientales y epidemiólogos. También se pondrá en marcha un nuevo servicio de laboratorio móvil con tecnologías moleculares de vanguardia para explorar las interfaces tierra-agua en toda Europa. Esto se hará junto con el Centro Europeo de Recursos Biológicos Marinos y otros colaboradores nacionales. Este tipo de colaboraciones pueden maximizar la financiación científica europea al tiempo que se amplía la perspectiva del descubrimiento en esta nueva era de la investigación europea en ciencias de la vida.
Además, el nuevo Centro de Imagen del EMBL aumentará su capacidad y ampliará las oportunidades de formación, atrayendo a usuarios de toda Europa, mientras que la cristalografía macromolecular (MX) y la dispersión de rayos X de ángulo pequeño (SAXS) en las sedes del EMBL en Grenoble y Hamburgo, pondrán a prueba nuevos servicios con aportaciones de la comunidad de biología estructural en general.
“Los avances tecnológicos que permitirán la evolución del EMBL también aumentarán la capacidad de nuestros colaboradores en otras disciplinas, como ecólogos, epidemiólogos e ingenieros”, dice la Profesora Heard. “Los biólogos moleculares siempre han estado interesados en comprender los mecanismos subyacentes de la vida. Ahora nos encontramos en un punto de inflexión crítico en el que podemos ayudar a esclarecer cómo funciona la vida en un mundo interconectado y en constante cambio. Estamos muy contentos de embarcarnos en esta nueva era, de la mano de científicos de otros campos, en nuestros estados miembros y en todo el mundo.”
Una nuova era per la biologia molecolare europea
Il Laboratorio Europeo di Biologia Molecolare avvia un nuovo programma strategico, “Molecules to Ecosystems”, ed estende i suoi orizzonti di interesse alla vita considerata nel suo contesto.
Tempi straordinari richiedono un approccio fuori dal comune.
Questo è lo spirito alla base del prossimo programma strategico quinquennale del Laboratorio Europeo di Biologia Molecolare (EMBL), ‘Molecules to Ecosystems’. Il programma, che inizia ufficialmente quest’anno, intende facilitare l’avvento di una nuova era per le scienze della vita in Europa e fornire nuove strade per promuovere la collaborazione e la ricerca all’avanguardia.
“I problemi più urgenti del pianeta richiedono di mettere in gioco tutte le risorse disponibili”, ha detto Edith Heard, Direttrice Generale dell’EMBL. “Oggi, i biologi molecolari hanno strumenti e competenze senza precedenti per esplorare i meccanismi e la complessità della vita nel suo contesto, e per affrontare le sfide legate alla salute umana e del pianeta.”
Il 24 novembre 2021, nell’anniversario della pubblicazione dell’Origine delle Specie di Darwin, il Consiglio dei Delegati dell’EMBL ha approvato il programma “Molecules to Ecosystems” per il 2022-2026. Questo documento strategico espande gli obiettivi di ricerca dell’EMBL alla comprensione degli ecosistemi a livello molecolare e allo studio della vita nel contesto del suo ambiente. L’obiettivo è di sfruttare le conoscenze della ricerca di base per sviluppare potenziali soluzioni alle più grandi sfide della società, come la perdita irreversibile della biodiversità, la resistenza antimicrobica, l’inquinamento, il cambiamento climatico, la sicurezza alimentare e gli agenti patogeni emergenti.
Il programma dell’EMBL rappresenta il piano strategico e la visione che guida la ricerca, i servizi, la formazione e le operazioni dell’EMBL. Nell’ambito di questo nuovo programma, l’EMBL studierà le basi molecolari della vita intesa nel suo più ampio significato – non solo nel contesto delle cellule e degli organismi interi, ma anche all’interno delle comunità in cui gli organismi interagiscono tra loro e rispondono a condizioni fisiche e chimiche in costante cambiamento.
Costruire sulle competenze passate
Negli ultimi anni, i ricercatori dell’EMBL hanno già fatto passi avanti verso scoperte scientifiche che seguono lo spirito del nuovo programma. Alcuni di questi progetti si espanderanno nell’ambito del nuovo programma:
- L’EMBL, in collaborazione con il Consorzio Tara Oceans, ha promosso e partecipato a spedizioni per monitorare gli oceani di tutto il mondo che hanno rivelato una straordinaria e precedentemente inesplorata biodiversità. Studiare l’impatto del cambiamento climatico sulla biodiversità è di vitale importanza, considerato il ruolo che molti ecosistemi svolgono nella regolazione del clima.
- I ricercatori dell’EMBL hanno dimostrato che l’abbondanza relativa di batteri e funghi nel suolo terrestre è fondamentale per il ciclo dei nutrienti e può avere un profondo impatto sulla comparsa di geni di resistenza agli antibiotici. Comprendere la base molecolare della trasmissione della resistenza agli antibiotici in contesti naturali potrebbe avere numerose applicazioni, ad esempio consentire la scoperta di farmaci e approcci terapeutici.
- Gli scienziati dell’EMBL hanno anche sviluppato strumenti computazionali, comprese alcune applicazioni, per consentire la sorveglianza delle malattie infettive basata sull’analisi genoma. Gli scienziati dell’EMBL e dei suoi Stati membri stanno conducendo una serie di studi per monitorare l’emergenza e la diffusione degli agenti patogeni. Questo è molto importante, dato che la perdita di biodiversità facilita l’emergere di nuovi agenti patogeni e spesso aumenta i tassi di trasmissione.
- Infine, nel contesto della salute umana, una serie di studi dimostra ora le correlazioni tra composizione del microbioma intestinale, nutrizione e disturbi comuni come le malattie metaboliche o il cancro. La speranza è che queste correlazioni possano tradursi in terapie che si basano su questi meccanismi.
I ricercatori dell’EMBL continueranno ad esplorare queste strade, e ne perseguiranno altre grazie agli obiettivi più ampi del nuovo programma.
Gli strumenti per studiare la biologia molecolare nel suo contesto
Spingere i confini della ricerca in biologia molecolare richiede che gli scienziati dell’EMBL si dotino di nuovi strumenti e innovazioni e che al tempo stesso siano parte di questa innovazione tecnologica.
“Negli ultimi decenni, sono emerse importanti evidenze molecolari basate su organismi modello che vanno dai batteri agli animali, in condizioni controllate di laboratorio. Tuttavia, la vita non è isolata dal resto”, ha detto la Professoressa Heard. “Dagli esseri umani nelle città, al plancton negli oceani o ai microbi nel suolo o nell’intestino umano, ogni organismo in natura è parte di un ecosistema complesso e dinamico, e abbiamo bisogno di analizzare i meccanismi molecolari della vita in questi contesti naturali”.
I biologi molecolari hanno ormai acquisito una serie di strumenti per sondare e decifrare i meccanismi molecolari che sono alla base della variabilità e della sopravvivenza degli organismi, non solo in laboratorio ma in natura. Una varietà di strumenti di imaging può catturare “istantanee” di organismi, tessuti, cellule e dei loro organelli interni in situ. Gli scienziati possono sequenziare genomi completi, analizzare complessi di proteine, metaboliti e trascrittomi di un organismo in diversi stati fisiologici o patologici, e offrire informazioni dettagliate sulla struttura e la funzione di queste molecole.
I biologi molecolari sono sempre stati interessati a comprendere i meccanismi alla base della vita. Ora, siamo ad una svolta critica in cui possiamo contribuire a far luce su come funziona la vita in un mondo interconnesso e in costante cambiamento. Siamo entusiasti di intraprendere questa nuova era, mano nella mano con gli scienziati di altri campi, nei nostri stati membri e in tutto il mondo.
– Edith Heard, Direttrice Generale dell’EMBL
Inoltre, si stanno sviluppando nuove tecnologie per misurare i componenti dell’ecosistema – dalle molecole alle cellule, agli organismi, alle popolazioni e alle comunità – con un’accuratezza senza precedenti e tenendo conto dei parametri ambientali chimici e fisici. I progressi nella potenza di calcolo e nell’intelligenza artificiale permettono anche un’analisi rigorosa e un’integrazione creativa di questi dati. Questo enorme progresso tecnologico nelle scienze della vita è oggi associato alla capacità di raccogliere e analizzare dati di portata, risoluzione e qualità estremamente elevata.
Questo significa che gli scienziati possono raccogliere dati relativi al contesto ambientale in modo sistematico, rispondere a domande fondamentali sulla vita nel contesto e integrare un nuovo livello di complessità e comprensione nello studio della biologia. Con il nuovo programma, l’EMBL mira a diventare il collante di questo approccio interdisciplinare e collaborativo.
Costruire competenze all’EMBL e non solo
Attraverso questo nuovo programma, l’EMBL metterà a frutto le sue competenze riconosciute a livello mondiale in settori come la biologia molecolare e cellulare, la biologia strutturale e la biologia dello sviluppo, e si espanderà in nuovi settori tra cui la biologia planetaria, gli ecosistemi umani, la biologia delle infezioni e gli ecosistemi microbici. Lo sviluppo nel settore delle scienze dei dati e degli approcci teorici sarà centrale per la strategia di ricerca.
Il nuovo programma espanderà l’approccio multidisciplinare e collaborativo dell’EMBL alla sua ricerca, ai servizi e alla formazione. Attraverso una stretta collaborazione tra i settori scientifici e in tutti i suoi Stati membri, l’EMBL costruirà ponti con nuove discipline, tra cui l’ecologia e l’epidemiologia, pur mantenendo una solida base nella biologia molecolare. L’EMBL si impegnerà anche nella formazione di una nuova generazione di scienziati interdisciplinari che affronteranno questioni scientifiche attuali e si prepareranno per le sfide future. Se da un lato questo programma espande il campo d’azione dell’EMBL in alcune aree, la sua missione di ricerca rimane invariata: comprendere meglio le basi molecolari della vita.
Nei prossimi cinque anni, l’EMBL aumenterà progressivamente le risorse fornite ai ricercatori per facilitare questa espansione della missione e acquisire nuove competenze grazie alla collaborazione con gli scienziati degli Stati membri.
Per esempio, collaborando con ecologi, zoologi, scienziati ambientali ed epidemiologi, l’EMBL lancerà una nuova infrastruttura di laboratorio mobile con tecnologie molecolari all’avanguardia per esplorare le interfacce terra-acqua in tutta Europa. Questo sarà fatto insieme allo European Marine Biological Resource Centre (EMBRC) e ad altri partners nazionali. Solo attraverso questo tipo di collaborazioni si potranno sfruttare al massimo i finanziamenti europei per la scienza e allo stesso tempo ampliare le prospettive di ricerca in questa nuova era della ricerca europea sulle scienze della vita.
Inoltre, il nuovo Centro di Imaging dell’EMBL aumenterà le opportunità di formazione attirando utenti da tutta Europa, mentre le tecniche di cristallografia macromolecolare (MX) e di diffusione dei raggi X a piccolo angolo (SAXS) utilizzate presso i siti EMBL di Grenoble e Amburgo consentiranno lo sviluppo di nuovi servizi con l’input della comunità allargata di biologi strutturali.
“I progressi nella tecnologia che permetteranno l’evoluzione dell’EMBL aumenteranno anche le capacità dei nostri collaboratori in altre discipline, come ecologi, epidemiologi e ingegneri”, conclude la Professoressa Heard. “I biologi molecolari sono sempre stati interessati a comprendere i meccanismi alla base della vita. Ora, siamo ad una svolta critica in cui possiamo contribuire a far luce su come funziona la vita in un mondo interconnesso e in costante cambiamento. Siamo entusiasti di intraprendere questa nuova era, mano nella mano con gli scienziati di altri campi, nei nostri stati membri e in tutto il mondo”.
