Erwin M. Schoof

Projekttitel

Leveraging advanced sample preparation strategies towards integrative single-cell multi-omics

Hvad handler dit projekt om?

Multicellulære organismer, såvel som organer og tumorers egenskaber, defineres af komplekse interaktioner mellem de celler, de består af. Kompleksiteten øges af sammenspillet mellem DNA, RNA og proteinmolekyler i de individuelle celler. Hvis vi vil opnå fuld forståelse af den biologiske kompleksitet, og effektiv behandling af sygdomme som kræft, diabetes eller Alzheimer, er vi nødt til at studere cellen og dens signaler på enkelt-celle niveau. I øjeblikket foregår der en revolution inden for enkelt-celle teknologi, der fokuserer på henholdsvis DNA eller RNA, og siden for nyligt også på proteiner, men hver for sig. Der findes ingen enkelt-celle teknologi, der er i stand til at måle RNA og proteiner i den samme celle og på samme tid med højt through-put. Mit projekt har som mål at udvikle innovative teknologier, der vil hjælpe os med at lave disse integrerede analyser.

Hvordan opstod din interesse for dit forskningsfelt?

Det har altid været min overbevisning, at en kombination af eksperimentel og beregningsmæssig analyse er afgørende for at kunne forklare biologiske fænomener. Mit overordnede forskningsmål er at udvikle og anvende metoder til at forstå, hvordan cellediversitet og molekylære signaturer bidrager til komplekse biologiske fænotyper. Proteiner spiller en afgørende rolle i at definere cellefunktion, og derfor har den kvantitative udforskning af proteinsignalering været en væsentlig drivkraft i min akademiske karriere. Men jo mere vi lærer, jo mere indser vi, hvor kompleks biologien er, og at vi er nødt til at omfavne den nødvendige integration af flere teknologier og beregningsmæssige analyser for virkelig at forstå de biologiske fænomener. Dette er den grundlæggende drivkraft bag min nyetablerede forskergruppe: 'the Cell Diversity Lab'.

Hvad er de forskningsmæssige udfordringer og perspektiver ved dit projekt?

Udførelsen af molekylære undersøgelser på enkelt-celle niveau er udfordret af den ekstremt begrænsede mængde prøve, vi har at arbejde med. Håndteringen af cellen er den første udfordring, efterfulgt af dens åbning, og derefter de respektive arbejdsgange omkring prøveforberedelsen til de forskellige molekylære assays (genomsekventering, proteomics ved massespektrometri osv.). I alle tilfælde skal prøvetab holdes på et absolut minimum, mens vi bruger automatisering for at opnå øget prøvegennemløb og reproducerbarhed. I multi-omics studier forstærkes disse udfordringer yderligere. Vi vil overvinde disse ved hjælp af funktionaliserede magnetiske beads, og digitale mikrofluidiske platforme. Integrationen af de data vi får giver også flere udfordringer, som vi vil tackle ved hjælp af beregningsmæssige 'machine learning' frameworks i samarbejde med mit internationale netværk.

Hvilke perspektiver vurderer du selv, at din forskning på sigt kan have for det omgivende samfund?

Vi vil udvikle et workflow med fuldt integreret dataforsamling og -analyse til samtidig måling af RNA og protein i individuelle celler. Vi vil for første gang kunne forstå sammenhænge mellem RNA og proteiner i disse celler, og finde ud af hvilke biologiske processer er transskriptionelt reguleret kontra dem, der kontrolleres post-translationelt. Projektet vil føre til teknologier med stor indvirkning på fundamental molekylærbiologi, og til ny indsigt i stamcelledifferentiering som under reparation af væv, og på sigt vil vi kunne forstå komplekse interaktioner såsom mellem bakterier og svampe i mikrobielle samfund. Endelig er det mit store håb, at vores banebrydende teknologi vil føre til, at vi kan generere molekylære signaturer, der vil hjælpe os med at detektere sygdomme, og gøre det muligt at måle behandlingsrespons hos patienter inden for dage, måske endda timer, og forhindre unødvendig behandling.

Hvad vil det betyde for din forskerkarriere, at du indgår i Sapere Aude-programmet?

Molekylære analyseteknologier, der kan måle på enkel-celle niveau, er i dag stadigvæk i et tidligt stadium. Mit mål er at udvikle vigtige teknologiske forbedringer, og denne Sapere Aude-bevilling vil være afgørende for både at modne eksisterende teknologier på proteinniveau og etablere nye metoder, der muliggør integration af information om proteiner, RNA og i sidste ende også DNA fra de selvsamme celler. Udover den hårdt tiltrængte arbejdskraft og driftsomkostninger til laboratoriet, forventer jeg, at prestigen ved at få en gruppeleder-bevilling kommer til at åbne døre, som vil hjælpe med at fortsætte med at udvikle min akademiske karriere. Jeg ser frem til at interagere med dette netværk af Danmarks dygtigste unge forskere og håber at etablere langvarige samarbejder på tværs af alle life science-domæner.

Lidt om mennesket bag forskeren

Jeg er en stolt far til min søn og nyder livet med min danske kone, der er forsker i industrien. Jeg er rigtig glad for sport og elsker at cykle, løbe, bokse og vandre. Vi holder meget af at rejse til alperne for at vandre. Da jeg var barn, tilbragte jeg også mange lykkelige somre netop der. Jeg kommer oprindeligt fra Holland og har boet i flere forskellige lande, hvilket har været spændende og inspirerende. Danmark er et skønt og dynamisk sted, og jeg er glad og taknemmelig for at have fået muligheden for at slå mig ned her.