De wetenschappelijke trends voor het komende decennium
Een nieuw decennium, ook in de wetenschap
Op tien jaar kan veel veranderen. Kijk eens een decennium terug in wetenschap en technologie, toen was er nog geen sprake van NIPT of CRISPR-Cas, of kwantum technologie. Toen was er nog geen foto van een zwart gat en hadden we nog nooit direct zwaartekrachtgolven gedetecteerd. Tien jaar geleden was er zelfs geen Instagram! Nu lijkt dat allemaal vanzelfsprekend. Maar stilstaan doen we zeker niet, het zou zelfs allemaal nog sneller kunnen gaan in het komende decennium. Waar gaan we eindigen? Hieronder geef ik een (voorzichtige) vooruitblik.
De klimaatcrisis stimuleert innovatie
Eén van de grote thema’s van 2019 was ongetwijfeld de klimaatproblematiek. Of je er nu zelf enorm mee begaan bent of net helemaal niet, we zitten met een probleem en dat moeten we oplossen. Gelukkig kreeg de klimaatproblematiek niet alleen in de politiek meer aandacht, maar ook in de wetenschap en het bedrijfsleven (al jaren trouwens)! We kennen allemaal wel Tesla en de enorme vooruitgang die ze boeken in de productie van elektrische wagens, recyclage van batterijen en opwekken van hernieuwbare energie via hun Solar Roof.
Maar er is ook veel andere geweldige vooruitgang, bijvoorbeeld op het gebied van kernenergie. In België staren we ons blind op de kerncentrales die vaak problemen hebben. In de VS zijn ze bij TerraPower reeds enige tijd bezig met een nieuwe visie voor kernenergie. TerraPower ontwikkelde een nieuw type kernreactor die op kernafval (verarmd uranium) werkt en waarbij over een veel langere en continue manier elektriciteit wordt geproduceerd zonder warmte te produceren. De reactor zou zo slechts één keer elke tienduizend jaar opnieuw gevuld moeten worden. Kernenergie, maar dan op de juiste manier. Fictie? Neen. Grote opportuniteit? Jazeker.
Er is echter nog veel werk aan de winkel. Prins William noemt het zelfs een ‘decade of action to save the earth’. Gelukkig is het een win-win situatie: van een betere Aarde worden wij zelf ook beter.
De DNA-revolutie wacht om de hoek
Lieven Scheire toert ondertussen al even met zijn show over DNA, en hij heeft gelijk. In het voorbije decennium is er enorm veel vooruitgang geboekt in de genetica en het zgn. ‘genetic engineering’. Het overkoepelende veld heet de biotechnologie. Het idee van biotechnologie is éénvoudig: we passen levende organismen aan zodat ze beter aan de noden van de mens zijn aangepast. De mens doet dat eigenlijk al zeer lang: denk maar aan wilde bananen, maïs of wortels die er helemaal anders uitzagen voor we ze gedomesticeerd hebben.
Tegenwoordig kan dat echter zeer precies, met een technologie die CRISPR-Cas9 genoemd wordt. Het CRISPR-Cas9 systeem is eigenlijk een soort immuunsysteem dat in bacteriën gevonden wordt om hen te beschermen tegen invasie van virussen. Het stelt de bacterie in staat om zeer precies het genetisch materiaal van binnenkomende virussen in stukken te knippen zodat ze onschadelijk worden. Wetenschappers kunnen dat echter gebruiken om bijvoorbeeld zeer precies het vitamine A gehalte in rijst te gaan verhogen, zodat kinderen in Indië (wiens dieet voornamelijk uit rijst bestaat) geen vitamine A tekort lijden en blind worden. We kunnen het ook gebruiken om bacteriën aan te passen zodat die op planeten als Mars zuurstof kunnen produceren. En inderdaad, de technologie kan ook gebruikt worden om menselijk genetisch materiaal aan te passen (wat zowel veel goed kan doen, alsook ethisch onverantwoord kan zijn).
De DNA-revolutie is nog maar net begonnen, en alles zal nog sneller gaan in de toekomst. Nieuwe technologieën dragen immers ook bij tot elkaars vooruitgang. Zo zal DNA-onderzoek ongetwijfeld een pak sneller gaan wanneer kwantumcomputers beschikbaar worden.
De vooruitgang in artificiële intelligentie blijft verder gaan
Ook het gebruik en de capaciteit van artificiële intelligentie (AI) zal in stijgende trend verder gaan. Eén van de koplopers in het veld is DeepMind, het AI-bedrijf dat onder Google zit. DeepMind vierde vorige week nog twee publicaties in éénzelfde uitgave van topuitgever Nature, iets wat niet veel auteurs hun nadoen. Hun onderzoek omvat zowel fundamentele aspecten van AI, alsook toepassingen ervan in robotica, neurowetenschappen en biologie. Hun meest recente werk gebruikt complexe ‘deep learning’ technieken om zeer accuraat de driedimensionale structuur van eiwitten te voorspellen. Hoe eiwitten net opvouwen in drie dimensies is een complex fenomeen dat niet eenvoudig te voorspellen is. Waarom is het belangrijk om eiwitstructuur accuraat te kunnen voorspellen? Omdat die 3D-opvouwing van een eiwit cruciaal is voor zijn functie in het lichaam. Het voorspellen van die structuur kan voor enorme doorbraken zorgen in ziekten waar foutief werkende eiwitten een rol in spelen.
Eén van de huidige uitdagingen blijft het trainen van deze AI-systemen. Een AI-systeem wordt getraind met beschikbare data, maar wanneer die data foutieve of bevooroordeelde patronen bevatten, dan leert het AI-systeem dus ook die foute patronen. Het AI-veld begint dan ook meer richting systemen te bewegen dat hun kennis zelf opbouwen vanaf nul, vrij van menselijke vooroordelen in de data.
Antibiotica resistentie
De vierde trend is misschien iets meer verontrustend: antibiotica resistentie. Het fenomeen is eigenlijk zeer eenvoudig: we gebruiken al jaren antibiotica om schadelijke bacteriën te bestrijden, maar dankzij natuurlijke selectie voeren wij een selectiedruk uit op die bacteriën. De bacteriën die toevallig genetisch anders zijn en het antibioticum kunnen omzeilen, groeien verder en blijven zich verspreiden. Het grote probleem is dat het voor ons ook steeds moeilijker wordt om nieuwe antibiotica te vinden die wel nog werken. En dat zien we ook in de farmaceutische sector: sinds 2000 zijn er amper 12 nieuwe antibiotica op de markt gekomen.
Grote bedrijven als AstraZeneca en Sanofi hebben hun onderzoek naar nieuwe antibiotica zelfs volledig stopgezet, omdat het niet meer rendabel is. Ook de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) trekt in een nieuw rapport aan de alarmbel. Aldus moeten we zoeken naar nieuwe oplossingen, alternatieven voor de klassieke antibiotica. Ook mijn doctoraatsonderzoek kadert hierin: ik voorspel bacterie-faag interacties met computertechnieken. Fagen zijn virussen die bacteriën infecteren en kunnen afdoden. Door hun interacties met bacteriën te voorspellen kunnen we ze sneller en meer gericht inzetten.
Doordat bedrijven hun onderzoek stoppen zullen nieuwe oplossingen initieel vooral uit de academische wereld komen, met onderzoeksgroepen die dan spin-offs vormen om hun idee en onderzoek verder commercieel te ontwikkelen. Ook dat zie je meer en meer gebeuren in de wereld van de alternatieve antibiotica, bijvoorbeeld Aelin Therapeutics. Onderzoek en ontwikkeling vergen natuurlijk geld, vanuit de privé maar ook vanuit de overheid.
Menselijke verbetering
Als artificiële intelligentie verder blijft ontwikkelen aan het tempo dat het nu gaat, zullen AI-systemen (of machines, robots, …) op een punt intelligenter worden dan de mensheid. Een radicaal idee dat reeds in ontwikkeling is, is het vervoegen van onze menselijke intelligentie met artificiële intelligentie. Meer specifiek zijn er vandaag al bedrijven aan het werken aan een soort rechtstreekse interface tussen computers en menselijke hersenen. Zo’n interface zou ons in staat stellen om direct informatie in de hersenen beschikbaar te hebben (zonder die informatie eerst ergens anders te horen of zien). Het zou ons dus ook in staat moeten stellen om rechtstreeks met elkaar te communiceren, van brein naar brein, zonder een smartphone of video of blog als middel. Bedrijven als Neuralink en Kernel zijn voorlopig nog ietwat geheimzinnig over waar ze net mee bezig zijn, maar ze proberen wel top wetenschappers en ingenieurs aan te nemen om computer-brein interfaces te doen werken in de komende jaren.
Een nieuw decennium, veel opportuniteiten
Het belooft dus een zeer spannend decennium te worden, waar we als maatschappij zowel innovatie moeten blijven stimuleren, alsook samen nadenken over de (mogelijks ongewenste) implicaties van die vooruitgang (denk bijvoorbeeld aan een privacyregelgeving omtrent genetisch materiaal). Alleszins kunnen we met zekerheid zeggen dat de wetenschap zal blijven ontdekken en innoveren om de limieten van de mensheid te blijven verleggen, alsook om door de mens gecreëerde problemen op te lossen.