Read the latest Issue
EMBL Barcelona and CRG kickstart new era of digital biology in Barcelona
The institutes have launched a joint new initiative which aims to make biology as engineerable as an aeroplane or a bridge
‘Big data’ has transformed the modern world. Computers scan millions of digital transactions to prevent criminals from carrying out credit card fraud. Multiple safety sensors work in tandem to warn pilots or drivers about imminent mechanical failure. Our society depends on technologies that can collect, analyse and interpret data to predict outcomes before they happen. Vast volumes of information are processed in real time, transforming previously unfeasible challenges into routine, mundane tasks.
This predictive power, enabled by vast computing power and artificial intelligence technologies, has revolutionised how we live, move and spend money. Scientists are now hoping to use technological advances to ‘solve’ a seven-decade problem: biology itself.
Since DNA was first described seventy years ago, biology has undergone a huge transformation. For example, researchers can sequence whole genomes cheaply and fast, image gene activity from microscopic bacteria up to the whole human body, and precisely modify the DNA of almost any organism.
However, life scientists have not yet achieved making biology as engineerable as an aeroplane or a bridge. For example, being able to predict how a protein will behave by simply knowing its amino acid sequence could usher in a new era of unprecedented possibilities for medicine, food security and the environment.
Data generation is no longer the main obstacle, with researchers having access to technologies that generate vast amounts of high-quality data. The deeper concern is a lack of theoretical and computational tools that help explain and predict complex biology – across all relevant scales, be it a cell, an organ, a whole body, or a whole ecosystem.
“Molecular biology and genomics have given us a good description of biology and a reasonable conceptual understanding, but we remain very limited in our ability to quantitatively predict how biological systems respond to perturbations such as mutations or drugs. Neither theory alone, nor standard one-by-one experiments of molecular biology will be sufficient to create truly predictive models,” explains ICREA Research Professor Ben Lehner, Coordinator of the Systems Biology programme at the Centre for Genomic Regulation (CRG).
To go beyond extrapolating patterns of data, researchers need to devise new computational and theoretical approaches that can provide a deep causal understanding of living, biological systems. This requires not just powerful computing, but also new approaches to maths, simulations and artificial intelligence.
This is the aim of the new ‘Barcelona Collaboratorium for Modelling and Predictive Biology’, a collaborative space jointly run by the Centre for Genomic Regulation (CRG) and EMBL Barcelona. The initiative is spearheaded by Dr. James Sharpe from EMBL Barcelona and Dr. Ben Lehner from the CRG.
International leaders in the fields of theoretical biology, artificial intelligence/machine learning, complex systems, physics of life, computer science and engineering will come under one roof alongside local groups and work together to find ways of controlling and engineering biology. The Collaboratorium will host both short-term and extended visits from independent research fellows, postdoctoral and doctoral researchers.
One of the main advantages of the new space is its physical distribution. It consists of an entire floor at the Fundación Pasqual Maragall offices in Barcelona. The space is open plan, designed specifically to promote collaboration and interaction.
“In computational and theory-driven research, breakthroughs in one area of biology, may be applicable to a very different topic. It is therefore more important in this type of science to break down barriers between fields, organise researchers in a more open and fluid way, bring the local population in constant touch with visiting international scientists, and encourage cross-talk and collaboration between an interdisciplinary community of different researchers,” explains ICREA Research Professor James Sharpe, Head of EMBL Barcelona.
The first call for Fellows has launched and selected personnel should be able to start working in the Collaboratorium before the end of the year. Each Fellow will work on biological systems at any scale from individual molecules to networks, cells, tissues, organs and ecosystems.
The initiative has been launched with an inaugural symposium – ‘Programmable Life’ – on the 4th and 5th of October. Speakers include Debora Marks and Jeremy Gunawardena from Harvard University and Alexander Anderson from Moffitt Cancer Centre.
According to the promoters of the initiative, the new space is an opportunity to put Barcelona life sciences on the map. “The transformation of molecular biology into a predictive engineering science is going to be the most important technological advance of this century” concludes Dr. Lehner. “The places where this revolution happens will be where new industries pop up. It’s a big opportunity.”
El EMBL Barcelona y el CRG lideran una nueva era de la biología digital en Barcelona
Ambos centros ponen en marcha una nueva iniciativa conjunta cuyo objetivo es hacer que la biología sea tan ‘diseñable’ como un avión o un puente
El ‘Big Data’ ha transformado el mundo en que vivimos. Los ordenadores escanean millones de transacciones digitales para evitar fraudes con las tarjetas de crédito. Múltiples sensores de seguridad trabajan en tándem para advertir a los pilotos o a los conductores de un fallo mecánico inminente. Nuestra sociedad depende de tecnologías capaces de recoger, analizar e interpretar datos para predecir eventos antes de que estos sucedan. Se procesan enormes volúmenes de información en tiempo real, y retos que antes eran imposibles de realizar, se convierten en tareas rutinarias.
Este poder de predicción, logrado gracias a la enorme potencia de cálculo y a las tecnologías de inteligencia artificial, ha revolucionado nuestra forma de vivir, movernos y gastar dinero. Los científicos esperan ahora utilizar los avances tecnológicos para “resolver” un problema pendiente desde hace siete décadas: la propia biología.
Desde que se describió el ADN por primera vez hace setenta años, la biología ha experimentado una enorme transformación. Por ejemplo, los investigadores pueden secuenciar genomas enteros de forma económica y rápida, obtener imágenes de la actividad genética, desde las bacterias microscópicas hasta el cuerpo humano completo, y modificar con precisión el ADN de casi cualquier organismo.
Sin embargo, los científicos de las ciencias de la vida no han conseguido que la biología sea tan ‘diseñable’ como un avión o un puente. Por ejemplo, poder predecir cómo se comportará una proteína con sólo conocer su secuencia de aminoácidos podría dar paso a una nueva era de posibilidades sin precedentes para la medicina, la seguridad alimentaria y el medio ambiente.
La generación de datos ya no es el principal obstáculo, ya que los investigadores tienen acceso a tecnologías que generan enormes cantidades de datos de alta calidad. La preocupación más profunda es la falta de herramientas teóricas y computacionales que ayuden a explicar y predecir la biología compleja, en todas las escalas relevantes, ya sea una célula, un órgano, un cuerpo entero o un ecosistema completo.
“La biología molecular y la genómica nos han proporcionado una buena descripción de la biología y una comprensión conceptual razonable, pero seguimos teniendo una capacidad muy limitada para predecir cuantitativamente cómo responden los sistemas biológicos a perturbaciones como las mutaciones o los fármacos. Ni la teoría por sí sola ni los experimentos clásicos de la biología molecular serán suficientes para crear modelos verdaderamente predictivos”, explica el Profesor de Investigación ICREA Ben Lehner, coordinador del programa de Biología de Sistemas del Centro de Regulación Genómica (CRG).
Para ir más allá de la extrapolación de patrones de datos, los investigadores necesitan idear nuevos enfoques computacionales y teóricos que puedan proporcionar una profunda comprensión causal de los sistemas biológicos vivos. Esto requiere no sólo una potente informática, sino también nuevos enfoques matemáticos, nuevos diseños de simulaciones y de inteligencia artificial.
Este es el objetivo del nuevo “Barcelona Collaboratorium for Modelling and Predictive Biology“, un espacio de colaboración dirigido conjuntamente por el Centro de Regulación Genómica (CRG) y el EMBL Barcelona. La iniciativa está encabezada por el Dr. James Sharpe del EMBL Barcelona y el Dr. Ben Lehner del CRG.
Líderes internacionales en los campos de la biología teórica, la inteligencia artificial/el aprendizaje automático, los sistemas complejos, la física, las ciencias computacionales y la ingeniería se reunirán bajo un mismo techo con grupos locales y trabajarán juntos para encontrar formas de controlar e ingeniar la biología. El Collaboratorium acogerá tanto visitas de corta duración como visitas prolongadas de investigadores/as independientes, posdoctorales y estudiantes de doctorado.
Una de las principales ventajas del nuevo espacio es su distribución física. Consiste en una planta entera en las oficinas de la Fundación Pasqual Maragall en Barcelona. El espacio es una planta diáfana, diseñada específicamente para promover la colaboración y la interacción.
“En la investigación computacional y teórica, los avances en un área de la biología pueden ser aplicables a un tema muy diferente. Por lo tanto, en este tipo de ciencia es más importante romper las barreras entre campos, organizar a los investigadores de una manera más abierta y fluida, poner a la población local en contacto constante con los científicos internacionales, y fomentar el diálogo y la colaboración entre una comunidad interdisciplinaria de diferentes investigadores”, explica el profesor de investigación ICREA James Sharpe, director del EMBL Barcelona.
Las primeras convocatorias para investigadores ya se han lanzado y se espera que el personal científico seleccionado se incorpore al Collaboratorium antes de final de año. Cada investigador contratará con pequeños equipos que trabajen en sistemas biológicos a cualquier escala, desde moléculas individuales hasta redes, células, tejidos, órganos y ecosistemas. La iniciativa se pone en marcha con el simposio inaugural – “Programmable Life“- los días 4 y 5 de octubre. Entre los ponentes figuran Debora Marks y Jeremy Gunawardena, de la Universidad de Harvard, y Alexander Anderson, del Moffitt Cancer Centre.
Según los impulsores de la iniciativa, el nuevo espacio es una oportunidad para poner la investigación en ciencias de la vida de Barcelona en el mapa. “La transformación de la biología molecular en una ciencia de ingeniería predictiva va a ser el avance tecnológico más importante de este siglo”, concluye el Dr. Lehner. “En los lugares donde se produzca esta revolución será donde surjan nuevas iniciativas empresariales. Es una gran oportunidad”.
L’EMBL Barcelona i el CRG lideren una nova era de la biologia digital a Barcelona
Les dues institucions posen en marxa una nova iniciativa conjunta amb l’objectiu de fer que la biologia sigui tan dissenyable com un avió o un pont
El ‘Big Data’ ha transformat el món en què vivim. Els ordinadors escanegen milions de transaccions digitals per a evitar fraus amb les targetes de crèdit. Múltiples sensors de seguretat treballen en tàndem per a advertir als pilots o als conductors d’una fallada mecànica imminent. La nostra societat depèn de tecnologies capaces de recollir, analitzar i interpretar dades per a predir esdeveniments abans que succeeixin. Es processen grans volums d’informació en temps real, i reptes que abans eren impossibles de realitzar, es converteixen en tasques rutinàries.
Aquest poder de predicció, aconseguit gràcies a l’enorme potència de càlcul i a les tecnologies d’intel·ligència artificial, ha revolucionat la nostra manera de viure, moure’ns i gastar diners. Els científics esperen ara utilitzar els avenços tecnològics per a “resoldre” un problema pendent des de fa setanta anys: la pròpia biologia.
Des que es va descriure l’ADN per primera vegada fa setanta anys, la biologia ha experimentat una enorme transformació. Per exemple, els investigadors poden seqüenciar genomes sencers de manera econòmica i ràpida, obtenir imatges de l’activitat genètica des dels bacteris microscòpics fins a tot el cos humà complet, i modificar amb precisió l’ADN de gairebé qualsevol organisme.
No obstant això, els científics de les ciències de la vida encara no han aconseguit que la biologia sigui tan ‘dissenyable’ com un avió o un pont. Per exemple, poder predir com es comportarà una proteïna amb només conèixer la seva seqüència d’aminoàcids podria donar pas a una nova era de possibilitats sense precedents per a la medicina, la seguretat alimentària i el medi ambient.
La generació de dades ja no és el principal obstacle, ja que els investigadors tenen accés a tecnologies que generen enormes quantitats de dades d’alta qualitat. La preocupació més profunda és la falta d’eines teòriques i computacionals que ajudin a explicar i predir la biologia complexa, en totes les escales rellevants, ja sigui una cèl·lula, un òrgan, un cos sencer o un ecosistema complet.
“La biologia molecular i la genòmica ens han proporcionat una bona descripció de la biologia i una comprensió conceptual raonable, però continuem tenint una capacitat molt limitada per a predir quantitativament com responen els sistemes biològics a pertorbacions com les mutacions o els fàrmacs. Ni la teoria per si sola ni els experiments clàssics de la biologia molecular seran suficients per a crear models veritablement predictius”, explica el professor de recerca ICREA Ben Lehner, coordinador del programa de Biologia de Sistemes del Centre de Regulació Genòmica (CRG).
Per a anar més enllà de l’extrapolació de patrons de dades, els investigadors necessiten idear nous enfocaments computacionals i teòrics que puguin proporcionar una profunda comprensió causal dels sistemes biològics vius. Això requereix no sols una informàtica potent, sinó també nous enfocaments matemàtics, nous dissenys de simulacions i d’intel·ligència artificial.
Aquest és l’objectiu del nou “Barcelona Collaboratorium for Modelling and Predictive Biology”, un espai de col·laboració dirigit conjuntament pel Centre de Regulació Genòmica (CRG) i l’EMBL Barcelona. La iniciativa està encapçalada pel Dr. James Sharpe de l’EMBL Barcelona i el Dr. Ben Lehner del CRG.
Líders internacionals en els camps de la biologia teòrica, la intel·ligència artificial/ machine learning, els sistemes complexos, la física, les ciències computacionals i l’enginyeria es reuniran sota un mateix sostre amb grups locals i treballaran junts per a trobar maneres de controlar i enginyar la biologia. El Collaboratorium acollirà tant visites de curta durada com visites prolongades d’investigadors independents, postdoctorals i estudiants de doctorat.
Una dels principals avantatges del nou espai és la seva distribució. Comptarà amb una planta sencera a l’edifici de la Fundació Pasqual Maragall a Barcelona. L’espai és una planta diàfana, dissenyada específicament per a promoure la col·laboració i la interacció.
“En la recerca computacional i teòrica, els avenços en una àrea de la biologia poden ser aplicables a un tema molt diferent. Per tant, en aquesta mena de ciència és més important trencar les barreres entre camps, organitzar als investigadors d’una manera més oberta i fluida, posar a la població local en contacte constant amb els científics internacionals, i fomentar el diàleg i la col·laboració entre una comunitat interdisciplinària de diferents investigadors”, explica el professor de recerca ICREA James Sharpe, director de l’EMBL Barcelona.
Les primeres convocatòries per a investigadors ja s’han publicat i s’espera que el personal científic seleccionat s’incorpori abans de finals d’any. Cada investigador treballarà en sistemes biològics a qualsevol escala, des de molècules individuals fins a xarxes, cèl·lules, teixits, òrgans i ecosistemes.
La iniciativa es posa en marxa amb el simposi inaugural – “Programmable Life“- els dies 4 i 5 d’octubre. Entre els ponents figuren Debora Marks i Jeremy Gunawardena, de la Universitat de Harvard, i Alexander Anderson, del Moffitt Cancer Centre.
Segons els impulsors de la iniciativa, el nou espai és una oportunitat per a posar la recerca en ciències de la vida de Barcelona en el mapa. “La transformació de la biologia molecular en una ciència d’enginyeria predictiva serà l’avenç tecnològic més important d’aquest segle”, conclou el Dr. Lehner. “En els llocs on es produeixi aquesta revolució serà on sorgeixin noves indústries. És una gran oportunitat”.
