„Wir sind eine kleine Gruppe mit großen Fragestellungen“

„Wir sind eine kleine Gruppe mit großen Fragestellungen“

Dr. Thomas Schmutzer

Beruf: 
Bioinformatiker

Position: 
Leiter der Nachwuchsgruppe „Züchtungsinformatik“ (MLU Halle) und DiP-DIAMANT, Vorstand im Großprojekt „Digitalisierung pflanzlicher Wertschöpfungsketten (DiP)“.

Thomas Schmutzer steht vor einem Säulengang
Vorname
Dr. Thomas
Nachname
Schmutzer

Beruf: 
Bioinformatiker

Position: 
Leiter der Nachwuchsgruppe „Züchtungsinformatik“ (MLU Halle) und DiP-DIAMANT, Vorstand im Großprojekt „Digitalisierung pflanzlicher Wertschöpfungsketten (DiP)“.

Thomas Schmutzer steht vor einem Säulengang

Mit digitaler Präzisionsgenomik wird die Pflanzenzüchtung schneller, präziser und nachhaltiger. Dr. Thomas Schmutzer gewährt einen Blick über den Tellerrand für Sachsen-Anhalts Bioökonomie.

Seine Lieblingskulturpflanze ist die Gerste, weil er dort viel Expertise aufgebaut hat, die er nun auf Weizen und Sonderkulturen überträgt. Als Spezialist für Long-Read-Genomik und KI in Pflanzenzüchtung leitet Thomas Schmutzer das Projekt DiP-DIAMANT. Das Akronym DIAMANT suchte er wegen der präzisen Schärfe aus, es steht nämlich für Digitale Methoden für Angewandte Präzisionsgenomik, Netzwerkanalyse und Technologieentwicklung. Was das bedeutet, erklärt er im Interview.

Frage

Herr Dr. Schmutzer, Sie sind Bioinformatiker und arbeiten heute mitten in der Pflanzenzüchtung. Wie sind Sie da gelandet und was verbindet Sie mit Sachsen-Anhalt?

Antwort

Ich habe in Halle Bioinformatik studiert und bin dann relativ früh in die Sequenzdatenanalyse hineingerutscht – diese Daten haben mich von Anfang an gefesselt. Schon während des Studiums hat es mich ans IPK Gatersleben verschlagen, damals in Kooperation mit einer Firma vor Ort; dort habe ich gemerkt, wie spannend Pflanzenforschung ist, gerade weil in vielen Kulturpflanzen genetisch noch so viel unklar ist. 
Ich bin in Sachsen-Anhalt aufgewachsen, mitten im ehemaligen Chemiedreieck. Die Region Bitterfeld war damals noch stark von Chemie geprägt, inklusive der Gerüche, die man überall wahrgenommen hat. Heute erlebt man dort eine herrlich grüne Oase, einen Ort, in dem Strukturwandel erlebt werden kann. Daher ist es für mich etwas wirklich Schönes, jetzt mit meiner Arbeit ein kleines Rädchen in einem größeren Transformationsprozess unserer Region zu sein.

Frage

Sie leiten das Forschungsprojekt DiP-DIAMANT. Das „N“ im Akronym steht für Netzwerkanalyse. Haben Sie eine Analogie, mit der Ihre Arbeit dazu verständlich wird und warum wählten Sie das Akronym DIAMANT?

Antwort

Es geht um die Analyse eines Gen-Netzwerks. Ich stelle mir das Genom gern wie eine Landkarte vor. Die Gene sind dabei die großen Städte, und lange Zeit haben wir vor allem diese Städte angeschaut – also wenige, klar definierte Punkte, die man gut erreichen kann. Mit den Methoden, die wir jetzt entwickeln, sehen wir viel mehr: Wir bekommen auch die Dörfer zwischen den Städten, die kleinen Straßen, Abzweigungen und vielleicht sogar die Feldwege dazu.​ Wenn man so möchte, kombinieren wir verschiedene Kartenschichten: große Übersichtskarten mit Detailkarten. Für die Züchtung heißt das: Statt nur einige markante Punkte zu kennen, sehen wir, wie ganze Regionen im Genom aufgebaut sind, wie sie variieren und miteinander vernetzt sind. Das macht unsere Vorhersagen präziser und hilft, Zusammenhänge zu verstehen, die vorher im Dunkeln lagen.​ 
DIAMANT symbolisiert Präzision, Brillanz und Wertsteigerung entlang der pflanzlichen Wertschöpfungskette – vom Rohmaterial, also der Genetik, zum Diamanten, was neue Sorten und Produkte betrifft.

Frage

Sie arbeiten mit „Digitaler Präzisionsgenomik“. Wie würden Sie einem interessierten Laien erklären, worum es im Kern geht?

Antwort

In der klassischen Pflanzenzüchtung dauert es oft bis zu 15 Jahre, bis aus vielen Kreuzungen am Anfang der Züchtungspyramide am Ende eine neue Sorte entsteht. Digitale Präzisionsgenomik hilft, schon am Anfang sehr viel genauer zu wissen, welches Ausgangsmaterial welches Potenzial hat, und damit Entscheidungen gezielter zu treffen und Ressourcen zu sparen.​ 
Unsere Kernmethode ist eine sogenannte Long-Read-basierte Genotypisierung: Wir bauen quasi einen genetischen Fingerabdruck für jede Pflanze auf, der deutlich mehr Informationen enthält als herkömmliche „Chip“-Verfahren. Technisch geschieht das mittels der "Oxford Nanopore" Technologie: Ein Long-Read-Sequenzierungs-Verfahren, das wir in unseren Laboren in automatisierten Labor-Workflows eingebunden haben, die es uns erlaubt, nicht nur wie früher acht Proben am Tag, sondern inzwischen bis zu 96 Proben in einem halben Tag zu verarbeiten.​

Frage

Was waren bisher größere Herausforderungen und Stolpersteine?

Antwort

Wir bewegen uns wissenschaftlich immer am „Bleeding Edge“ – also bewusst am Rand des Tellers. Wir schauen über diesen Tellerrand hinaus, dürfen aber nicht den einen Schritt zu weit gehen, bei dem alles zusammenbricht. Wir sind also ständig am Optimieren und Problemlösen, und jede neue Pflanzenart bringt wieder eigene Herausforderungen mit sich.​ 
Ein konkretes Beispiel ist die Datenmenge, denn wir sind eine kleine Gruppe mit großen Fragestellungen. Als Uni-Arbeitsgruppe starteten wir mit 150 Terabyte Speicher ins Projekt und waren nach etwa einem Jahr voll. Eine einzige Sequenzierung kann nämlich 500 Gigabyte bis ein Terabyte Rohdaten erzeugen, und wenn man hunderte bis tausende Linien erfasst und verschiedene Analysen kombiniert, explodiert der Speicherbedarf. 
Inzwischen arbeiten wir mit rund einem Petabyte Speicher, also 1000 Terrabyte. Für große Sequenzierzentren ist das wenig, doch für eine Universitätsgruppe ist es eine enorme Infrastruktur, die wir parallel zur eigentlichen Forschung aufbauen und betreiben müssen.

Frage

DiP-DIAMANT ist Teil eines großen Strukturwandelprojekts in Sachsen-Anhalt. Wie kann Genomforschung Ihrer Meinung nach dazu beitragen, eine Region wirtschaftlich umzubauen – und wer profitiert davon?

Antwort

Im DiP-Verbund geht es darum, die gesamte pflanzliche Wertschöpfungskette digital zu denken: vom Feld über Verarbeitung und Reststoffe bis hin zu neuen Produkten. Unsere Gruppe sitzt ganz am Anfang dieser Kette: Wir schaffen das genetische Wissen über Hauptkulturen wie Weizen und über wenig erforschte Sonderkulturen wie Oregano, Thymian oder Rosmarin, die wichtige Ausgangsstoffe für Ernährung, Kosmetik oder Pharmazie sind.​ 
Von den Methoden profitieren zunächst die Partner im Verbund: Züchtungsunternehmen, Forschungsinstitute und Firmen, die aus Restströmen wie Stroh oder Apfeltrester neue Wertschöpfungswege entwickeln. Aber indirekt profitieren auch die Region und ihre Bevölkerung: Genomik hilft, robustere, ressourceneffizientere Pflanzen zu züchten und neue biobasierte Produkte zu entwickeln, die Arbeitsplätze schaffen und den Wandel vom fossilen Chemiedreieck zur biobasierten Ökonomie unterstützen.

Frage

Genomik wird in der öffentlichen Debatte oft eher als Risiko wahrgenommen. Was ist Ihnen da wichtig klarzustellen – und wie blicken Sie auf Deutschlands Rolle im internationalen Vergleich?

Antwort

Mir ist wichtig zu betonen: Genomik ist zunächst ein Werkzeug, ein analytisches Instrument. Wir lesen Informationen aus, wir verstehen, wie Pflanzen funktionieren – wir verändern in unserer Arbeit nicht direkt das Erbgut. Trotzdem wird Genomik in Deutschland oft reflexhaft als Gefahr eingeordnet, während das enorme Potenzial, etwa für klimaangepasste Sorten oder eine nachhaltige Bioökonomie, zu wenig gesehen wird. 
Im internationalen Vergleich erleben wir Deutschland an vielen Stellen als eher engstirnig, was den Umgang mit genetischer Information angeht. Dabei brauchen wir diese Methoden, um wettbewerbsfähig zu bleiben und gleichzeitig verantwortungsvoll mit Ressourcen umzugehen. Für mich persönlich ist es deshalb ein Anliegen, die Chancen der Genomik sichtbar zu machen und zu zeigen, dass man mit fundierter Forschung und guter Kommunikation beides haben kann: Sicherheit und Fortschritt.

Die Fragen stellte Tamara Worzewski​