DDLS-programmet – öppnar vägen till nya genombrott inom livsvetenskaperna

DDLS, datadriven life science

Ett nationellt program inom datadriven livsvetenskap med fyra fokusområden: 
cell- och molekylärbiologi, evolution och biodiversitet, precisionsmedicin och diagnostik samt smittspridning och infektionsbiologi.

Värd:
SciLifeLab

Beviljat anslag:
3,55 miljarder kronor under perioden 2020–2034

– DDLS-programmet, SciLifeLab och Wallenbergs nationella program för datadriven livsvetenskap, är ett omfattande, nationellt forskningsprogram som använder avancerade datorberäkningar och AI för att studera livets magi. Målet med programmet är att förstå hur livet fungerar och utvecklas utifrån de enorma mängder mätningar och data som vi i dag kan skapa. Det här är en möjlighet för biologin i stort, men särskilt för medicinområdet och miljövetenskaperna, menar Jan Ellenberg, professor i cellbiologi och biofysik, programdirektör för DDLS samt direktör för SciLifeLab.

Life science, eller livsvetenskaperna, är ett brett forskningsområde som omfattar forskning kring alla levande organismer och system.

– Det kan verka överväldigande, eftersom man kan fråga sig hur man både ska kunna förstå mänsklig sjukdom och hur ett träd anpassar sig till ett förändrat klimat. Men det fantastiska med livsvetenskap är att den molekylära grunden för alla organismer på jorden är densamma, konstaterar Jan Ellenberg.

De molekylära mekanismerna, sättet som information kodas i vårt genom, DNA, delas med alla organismer. Gemensamt är också hur informationen läses av för att bilda proteiner och skapa levande system.

– Så även om vi har denna enorma mångfald av organismer som ser mycket olika ut och gör mycket olika saker, är de molekylärt sett lika. De använder alla samma grundprinciper för hur de fungerar. Det betyder att livets underliggande mekanismer till stor del är gemensamma och bevarade. Så den fantastiska mångfald av liv vi har på jorden har ett gemensamt operativsystem. Det är det vi inom programmet försöker förstå – de gemensamma principerna för hur livet fungerar men också när det ibland slutar fungera som det ska.

Genom en bättre kunskap och förståelse ökar också möjligheten att mildra eller förhindra allt från sjukdom till negativ påverkan på ekosystem till följd av klimatförändringar. 

Från en beskrivande till en förutsägande vetenskap

Jan Ellenberg konstaterar att det sedan en tid tillbaka pågår ett paradigmskifte inom livsvetenskaperna där forskarna går från att vara beskrivande till att kunna titta in i de biologiska processerna på molekylär nivå.

– Sedan Linnés tid har biologin i stort varit en beskrivande disciplin. Linné samlade växter och systematiserade dem utifrån antalet och placeringen av ståndare och pistiller. Sedan dess har livsvetenskapen utvecklat revolutionerande tekniker som gör det möjligt att avbilda, observera och mäta även de minsta molekylerna i levande system. Vi kan nu på allvar studera den molekylära världen.

Det som gjort det möjligt är den snabba teknikutvecklingen inom området som startade redan innan den senaste tidens snabba AI-utveckling. Det som brukar kallas omik-revolutionen syftar på tekniker som genomik, transkriptomik, proteomik, metabolik och högupplöst mikroskopi och kryoelektronmikroskopi- tekniker som genererat enorma datamängder och som också banat väg för individanpassad precisionsmedicin.

– Vi kan nu se de molekylära mekanismerna i levande system, men de är mycket komplicerade. De består av hundratusentals olika molekyler och de samverkar alla med varandra. Men jag skulle säga att molekyler är för biologiskt liv vad siffror är för datavetenskapen. Om man kan se och kontrollera dem, kan man också börja förändra saker på ett sätt som går att förutsäga.

Det betyder att biologin nu kan gå från att vara en beskrivande vetenskap till att bli en förutsägande och prediktiv vetenskap.

– Vi går från att samla information och observera till att använda all tillgänglig information för att skapa en modell av livet. Det kommer att ge oss möjlighet att tidigare förutsäga när något kommer att gå fel, när något börjar utvecklas mot ett sjukdomsförlopp. I framtiden kommer vi att kunna använda den kunskapen för att upptäcka sjukdom i tidigt skede och att förhindra eller åtminstone fördröja att den bryter ut.

Fyra fokusområden

Jan Ellenberg berättar att det börjar finnas omfattande molekylära data bland annat från patienter med cancer-, hjärt-kärlsjukdom och neurologiska och neurodegenerativa sjukdomar som nu går att använda.

– Det pågår mycket klinisk forskning. Det finns några första kliniska studier och kliniska prövningar där information från molekylära data används, men det är ännu inte implementerat som rutin i hälso- och sjukvården.

Jag tänker att det som verkligen behövs, och det som DDLS-programmet bidrar till, är kompetens att hantera mycket stora datamängder och omsätta dem till tillförlitliga beslut inom vården.

Inom DDLS-programmet har det sedan programmets start 2020 pågått en omfattande kapacitetsuppbyggnad och rekryteringen av unga talanger från hela världen med kompetens både inom beräkning och datahantering som har lockats av programmets fyra fokusområden: cell- och molekylärbiologi, evolution och biodiversitet, precisionsmedicin och diagnostik, smittspridning och infektionsbiologi.

– Programmet har varit mycket framgångsrikt i rekryteringsfasen, genom internationella utlysningar har vi redan rekryterat 40 forskningsledare av dagens uppsatta mål om 50. De kommer från hela världen till Sverige, och vi har verkligen lyckats attrahera den bästa unga kompetensen i det här nya fältet även om konkurrensen hårdnar allt mer, särskilt inom beräkningsbaserad livsvetenskap där den har intensifierats i och med AI.

Unikt program internationellt

Jan Ellenberg menar att programmet också har en stor internationell betydelse. 

– Så vitt jag vet finns inga jämförbara internationella satsningar i samma storlek som så samlat rekryterar nya forskningsledare till ett och samma område. I de aktuella tio rekryteringarna vi gör nu prioriterar vi särskilt kompetens inom AI-drivna datadrivna angreppssätt inom life science.

DDLS-programmet planerades innan AI hade fått sitt stora genomslag. Det var innan ChatGPT blev populärt och innan AlphaFold2 – som med hög säkerhet kan förutsäga strukturen hos enskilda proteiner – fanns.

– Nu lever vi i en tid där det tar ungefär en timme och kostar några hundra dollar att få genomet för en ny organism eller för en enskild patient sekvenserat och samtidigt kan vi få information om transkriptomet och om proteomet med kompletterande tekniker. Det betyder att vi får hundratusentals till miljontals datapunkter från en enda analys av ett prov. För att utvinna kunskap ur dessa mycket stora datamängder behöver vi mer än någonsin tidigare datavetenskap och AI.

En viktig del av DDLS-programmet är därför att bygga upp de datatjänster som behövs för att snabbt kunna göra framsteg, samt att ge tillgång till den högpresterande beräkningskapacitet som krävs.
Jan Ellenberg ser optimistiskt på forskarnas möjligheter att förstå och avkoda samspelet mellan livets molekyler.

– Jag är optimistisk. Livsvetenskapen har aldrig rört sig snabbare än det gör nu. Jag tror att vi kommer att göra framsteg när det gäller att upptäcka, behandla och så småningom förhoppningsvis bota sjukdom mycket snabbare än vi har gjort tidigare. Den kunskap vi behöver för det genereras nu mycket snabbt. Men vi behöver också översätta detta till hälso- och sjukvården. Låt oss föra in forskningens resultat och verktyg i vården, så att kunskapen omsätts till nytta för patienterna mycket snabbare!

Text Carina Dahlberg
Bild Magnus Bergström