Cold Spring Harbor Laboratory

Das Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) ist eine private, gemeinnützige Einrichtung mit Forschungsprogrammen in den Bereichen Krebs, Neurowissenschaften, Pflanzenbiologie, Genomik und quantitative Biologie.

Es ist eine von 68 Einrichtungen, die vom Cancer Centers Program des U.S. National Cancer Institute (NCI) unterstützt werden, und ist seit 1987 ein vom NCI benanntes Krebszentrum. Das Labor ist eine der wenigen Einrichtungen, die eine zentrale Rolle bei der Entwicklung der Molekulargenetik und Molekularbiologie gespielt haben.

Acht Wissenschaftler haben hier den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin erhalten. Das CSHL zählt zu den führenden Einrichtungen der Grundlagenforschung in den Bereichen Molekularbiologie und Genetik und wird von Thomson Reuters auf Platz 1 der Weltrangliste geführt. Außerdem wurde das CSHL von Nature auf Platz 1 der weltweiten Forschungsergebnisse gesetzt. Das Labor wird von Bruce Stillman, einem Biochemiker und Krebsforscher, geleitet.

Seit seiner Gründung im Jahr 1890 ist der Campus der Einrichtung an der Nordküste von Long Island auch ein Zentrum für die Biologieausbildung. Die aktuellen Bildungsprogramme des CSHL richten sich an professionelle Wissenschaftler, Doktoranden der Biologie, Biologielehrer im K-12-System und Schüler von der Grundschule bis zur High School. In den letzten 10 Jahren haben die Konferenzen und Kurse des CSHL über 81.000 Wissenschaftler und Studenten auf den Hauptcampus gelockt. Aus diesem Grund betrachten viele Wissenschaftler das CSHL als "Knotenpunkt der biologischen Wissenschaft". Seit 2009 ist das CSHL eine Partnerschaft mit dem Suzhou Industrial Park in Suzhou, China, eingegangen, um Cold Spring Harbor Asia zu gründen, das jährlich etwa 3.000 Wissenschaftler zu seinen Tagungen und Kursen anzieht. Die Cold Spring Harbor Laboratory School of Biological Sciences, ehemals Watson School of Biological Sciences, wurde 1999 gegründet.

Im Jahr 2015 kündigte das CSHL eine strategische Partnerschaft mit dem nahe gelegenen Northwell Health an, um die Erforschung von Krebstherapeutika voranzutreiben, eine neue klinische Krebsforschungseinheit am Northwell Health in Lake Success, New York, zu entwickeln, um klinische Frühphasenstudien zu neuen Krebstherapien zu unterstützen und mehr klinisch-wissenschaftliche Mitarbeiter für die Onkologie zu rekrutieren und auszubilden.

Das CSHL beherbergt bioRxiv, ein Preprint-Repository für Veröffentlichungen in den Biowissenschaften.

Forschungsprogramme

In den 52 Laboratorien des CSHL arbeiten mehr als 600 Forscher, darunter auch Postdocs. Mit weiteren 125 Doktoranden und 500 Verwaltungs- und Hilfskräften beläuft sich die Gesamtzahl der Mitarbeiter auf über 1.200.

Zellbiologie und Genomik

RNA-Interferenz (RNAi) und Biologie der kleinen RNAs; DNA-Replikation; RNA-Spleißen; Signaltransduktion; Genomstruktur; nicht-kodierende RNAs; Deep Sequencing; Einzelzellsequenzierung und -analyse; Selbsterneuerung und Differenzierung von Stammzellen; Chromatindynamik; Strukturbiologie; fortgeschrittene Proteomik; Massenspektrometrie; fortgeschrittene Mikroskopie.

Krebsforschung

Wichtigste untersuchte Krebsarten: Brust, Prostata, Blut (Leukämie, Lymphome); myelodysplastisches Syndrom; Melanom; Leber; Eierstock und Gebärmutterhals; Lunge; Gehirn; Bauchspeicheldrüse. Forschungsschwerpunkte: Arzneimittelresistenz, Krebsgenomik, Tumormikroumgebung, Krebsstoffwechsel, Wachstumskontrolle in Säugetierzellen, transkriptionelle und posttranskriptionelle Genregulation.

Neurowissenschaften Das

Stanley Institute for Cognitive Genomics setzt Deep Sequencing und andere Instrumente ein, um die genetischen Grundlagen von Schizophrenie, bipolarer Störung und schwerer Depression zu untersuchen. Das Swartz Center for the Neural Mechanisms of Cognition (Swartz-Zentrum für neuronale Mechanismen der Kognition) untersucht die Kognition im normalen Gehirn als Grundlage für das Verständnis von Funktionsstörungen bei psychiatrischen und neurodegenerativen Störungen. Weitere Forschungsschwerpunkte: Genetik des Autismus; Kartierung des Säugetiergehirns; neuronale Korrelate der Entscheidungsfindung.

Pflanzenbiologie

Sequenzierung von Pflanzengenomen; Epigenetik und Stammzellschicksal; Stammzellsignale; Wechselwirkungen zwischen Pflanze und Umwelt; Nutzung genetischer Erkenntnisse zur Steigerung des Ertrags von Grundnahrungsmitteln, z. B. Mais, Reis, Weizen; Steigerung des Fruchtertrags bei blühenden Pflanzen, z. B. Tomate. Weitere Initiativen: Genetik von Wasserpflanzen für die Entwicklung von Biokraftstoffen; führende Rolle beim Aufbau der iPlant Collaborative Cyberinfrastruktur der National Science Foundation. Ein Großteil dieser Arbeit findet auf den 12 Hektar Ackerland der nahegelegenen CSHL Uplands Farm statt, wo Fachkräfte Nutzpflanzen und Arabidopsis-Pflanzen für Studien anbauen. Sieben CSHL-Fakultätsmitglieder forschen hauptsächlich im Bereich der Pflanzenbiologie - Dr. David Jackson, Zachary Lippman, Robert Martienssen, Richard McCombie, Ullas Pedmale, Doreen Ware und Thomas Gingeras.

Simons Center for Quantitative Biology

Genomaufbau und -validierung; mathematische Modellierung und Algorithmenentwicklung; Populationsgenetik; angewandtes statistisches und maschinelles Lernen; biomedizinisches Text-Mining; Computational Genomics; Cloud Computing und Big Data.

COVID-19

Wissenschaftler des Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL), der Utah Health University, von PEEL Therapeutics und von Weill Cornell Medicine untersuchten die mögliche Funktion von NETs bei COVID-19, indem sie Blutproben von 33 hospitalisierten Personen sowie Autopsiegewebe sammelten. Neutrophile extrazelluläre Fallen (NETs) sind eine Form des Schutzes, die vom Immunsystem gegen bestimmte Krankheitserreger eingesetzt wird.

Bildungsprogramme

Zusätzlich zu seinem Forschungsauftrag hat das CSHL auch einen umfassenden Bildungsauftrag. Die School of Biological Sciences (SBS), die 1998 gegründet wurde, verleiht den Doktorgrad und finanziert das Forschungsprogramm eines jeden Studenten vollständig. Die Studierenden sind aufgefordert, ihren Doktortitel in 4-5 Jahren zu erwerben. Das 1959 ins Leben gerufene Undergraduate Research Program (URP) für begabte Studenten und das 1990 ins Leben gerufene Partners for the Future Program für fortgeschrittene Gymnasiasten sind jetzt an der SBS angesiedelt.

Das CSHL Meetings & Courses Program bringt jährlich über 8.500 Wissenschaftler aus der ganzen Welt nach Cold Spring Harbor, um in 60 meist halbjährlich stattfindenden Tagungen Forschungsergebnisse auszutauschen und in 30 bis 35 meist jährlich angebotenen Fachkursen neue Technologien zu erlernen. Die Cold Spring Harbor-Symposien, die seit 1933 mit Ausnahme von drei Jahren während des Zweiten Weltkriegs jedes Jahr stattfinden, sind ein Forum für Forscher aus den Bereichen Genetik, Genomik, Neurowissenschaften und Pflanzenbiologie. Im Banbury Center werden jährlich etwa 25-30 diskussionsähnliche Treffen für eine begrenzte Anzahl von eingeladenen Teilnehmern abgehalten. Seit 2016 kostet ein zweiwöchiger Kurs am CSHL zwischen 3.700 und 4.700 $ pro Student und dreitägige Konferenzen kosten etwa 1.000 $ pro Teilnehmer.

Das 1988 gegründete DNA Learning Center (DNALC) war einer der ersten Pioniere bei der Entwicklung praktischer Genetik-Laborerfahrungen für Schüler der Mittel- und Oberstufe. Im Jahr 2013 wurden 31.000 Schüler auf Long Island und in New York City im DNALC und in Satelliteneinrichtungen in New York in Genetiklaboren unterrichtet. Mehr als 9.000 Biologielehrer der High School haben an DNALC-Lehrerfortbildungsprogrammen teilgenommen.

Die Cold Spring Harbor Laboratory Press hat ein Programm bestehend aus sieben Zeitschriften, 190 Büchern, Laborhandbüchern und -protokollen sowie Online-Diensten für Forschungsvorabdrucke eingerichtet.

Finanzierung

Im Jahr 2015 verfügte das CSHL über ein Betriebsbudget von 150 Mio. USD, wovon über 100 Mio. USD für die Forschung ausgegeben wurden. Die Hälfte des Forschungsbudgets entfiel auf die Krebsforschung, 25 % auf die Neurowissenschaften, 15 % auf Genomik und quantitative Biologie und 10 % auf die Pflanzenwissenschaften. Die Quellen der Forschungsfinanzierung im Jahr 2015 waren: 34 % Bundesmittel (vor allem von den National Institutes of Health und der National Science Foundation); 26 % Hilfsaktivitäten; 22 % private Philanthropie; 10 % Stiftungsgelder; 3 % Unternehmen.

Geschichte

Die Einrichtung entstand 1890 als The Biological Laboratory, ein Sommerprogramm für die Ausbildung von College- und Highschool-Lehrern, die Zoologie, Botanik, vergleichende Anatomie und Naturkunde studieren. Das Programm ging auf eine Initiative von Eugene G. Blackford und Franklin Hooper, dem Direktor des Brooklyn Institute of Arts and Sciences, der Gründungsinstitution des Brooklyn Museum, zurück. Im Jahr 1904 gründete die Carnegie Institution of Washington auf einem angrenzenden Grundstück die Station für experimentelle Evolution in Cold Spring Harbor. Im Jahr 1921 wurde die Station in das Carnegie Institution Department of Genetics umgewandelt.

Zwischen 1910 und 1939 war das Labor der Sitz des Eugenics Record Office des Biologen Charles B. Davenport und seines Assistenten Harry H. Laughlin, zwei prominenten amerikanischen Eugenikern jener Zeit. Davenport leitete die Carnegie Station von ihrer Gründung bis zu seiner Pensionierung im Jahr 1934. 1935 entsandte die Carnegie Institution ein Team zur Überprüfung der Arbeit der ERO, woraufhin die ERO angewiesen wurde, ihre Arbeit einzustellen. Im Jahr 1939 zog die Institution die Finanzierung der ERO vollständig zurück, was zu ihrer Schließung führte. Die Berichte, Artikel, Diagramme und Stammbäume der ERO galten zu ihrer Zeit als wissenschaftliche Fakten, wurden aber inzwischen diskreditiert. Die Schließung der ERO erfolgte 15 Jahre, nachdem ihre Erkenntnisse in den National Origins Act (Einwanderungsgesetz von 1924) eingeflossen waren, der die Zahl der Einwanderer aus Süd- und Osteuropa, die nach Aussage von Harry Laughlin den nordischen Einwanderern aus England und Deutschland rassisch unterlegen waren, stark reduzierte. Charles Davenport war auch der Gründer und erste Direktor der International Federation of Eugenics Organizations im Jahr 1925. Heute bewahrt das Cold Spring Harbor Laboratory die gesamten historischen Aufzeichnungen, Mitteilungen und Artefakte der ERO für historische, Lehr- und Forschungszwecke auf. Die Dokumente sind in einem Campus-Archiv untergebracht und können online und über eine Reihe von Multimedia-Websites abgerufen werden.

Die Wissenschaftler der Carnegie Institution in Cold Spring Harbor leisteten zahlreiche Beiträge zur Genetik und Medizin. 1908 entdeckte George H. Shull die Maishybride und das dahinter stehende genetische Prinzip, die Heterosis oder "hybride Vitalität". Dies wurde zur Grundlage der modernen Agrargenetik. 1916 gehörte Clarence C. Little zu den ersten Wissenschaftlern, die eine genetische Komponente von Krebs nachwiesen. E. Carleton MacDowell entdeckte 1928 einen Mausstamm namens C58, der spontan Leukämie entwickelte - ein frühes Mausmodell für Krebs. Oscar Riddle isolierte 1933 Prolaktin, das Milchsekretionshormon, und Wilbur Swingle war an der Entdeckung des Nebennierenrindenhormons beteiligt, das zur Behandlung der Addison-Krankheit eingesetzt wird.

Milislav Demerec wurde 1941 zum Direktor des Labors ernannt. Demerec verlagerte den Forschungsschwerpunkt des Labors auf die Genetik von Mikroben und stellte damit die Weichen für die Untersuchung der biochemischen Funktion des Gens. Während des Zweiten Weltkriegs leitete Demerec die Bemühungen in Cold Spring Harbor, die zu einer erheblichen Steigerung der Penicillinproduktion führten.

Ab 1941 und jährlich ab 1945 trafen sich drei der wichtigsten Vertreter der Molekulargenetik in Cold Spring Harbor zu Sommertreffen der so genannten Phagengruppe. Salvador Luria von der Indiana University, Max Delbrück, damals von der Vanderbilt University, und Alfred Hershey, damals von der Washington University in St. Louis, versuchten, die Natur der Gene durch die Untersuchung von Viren, den Bakteriophagen, die Bakterien infizieren, zu entdecken.

1945 wurde Delbrücks berühmter Phagen-Kurs zum ersten Mal abgehalten und inspirierte unter anderem den jungen James D. Watson; er wurde danach viele Jahre lang wiederholt. CSH-Symposien, die für die gegenseitige Befruchtung von Ideen unter den Pionieren der Molekularbiologie wichtig waren, fanden 1951, 1953, 1956, 1961, 1963 und 1966 statt.

Auf dem CSH-Symposium im Sommer 1953 präsentierte Watson erstmals öffentlich die Doppelhelixstruktur der DNA.

Führung

1962 fusionierte die Abteilung für Genetik, die nicht mehr von der Carnegie Institution of Washington unterstützt wurde, formell mit dem Biologischen Laboratorium und bildete das Cold Spring Harbor Laboratory of Quantitative Biology. Im Jahr 1970 wurde der Name in Cold Spring Harbor Laboratory vereinfacht.

John F. Cairns wurde 1963 zum Direktor des fusionierten Cold Spring Harbor Laboratory ernannt und stellte fest, dass die neu geschaffene Einrichtung angesichts der fehlenden finanziellen Unterstützung durch die Carnegie Institution of Washington dringend Mittel zur Unterstützung ihrer Programme und zur Modernisierung ihrer Einrichtungen benötigte. Cairns stabilisierte das Laboratorium und nahm wesentliche Verbesserungen an den Einrichtungen vor. 1968 beschloss er, sein Amt als Direktor niederzulegen. Er blieb bis 1973 am CSHL und wechselte dann zum Imperial Cancer Research Fund (heute Cancer Research UK) in Mill Hill bei London, Großbritannien. Während seiner Zeit am CSHL führte Cairns wichtige Experimente zur DNA-Replikation in dem Bakterium E. coli durch.

James D. Watson war 35 Jahre lang Direktor und Präsident des Labors. Als er 1968 die Leitung des Labors übernahm, konzentrierte er sich auf die Krebsforschung, gründete eine Gruppe für Tumorviren und beschaffte erfolgreich Bundesmittel für eine Erweiterung der Krebsforschungskapazitäten. Watson stellte das CSHL auf eine solide finanzielle Basis. Inspiriert von seinem Nobelpreisträger Francis Crick, begann Watson in den späten 1980er Jahren, die Forschung am CSHL im Bereich des Gehirns und der psychiatrischen Erkrankungen zu intensivieren. Im Jahr 1990 wurden die Arbeiten am Arnold and Mabel Beckman Laboratory abgeschlossen, und 1999 wurde das Marks Neuroscience Building eröffnet. 1994 beendete Watson seine Tätigkeit als Direktor des Labors und übernahm den Titel des Präsidenten. Im Jahr 2004 wurde er zum Kanzler ernannt, eine Position, die er bis Oktober 2007 innehatte, als er im Alter von 79 Jahren in den Ruhestand trat, nachdem in der britischen Presse Äußerungen über Rasse und Intelligenz erschienen waren, die ihm zugeschrieben wurden. Im Januar 2019 brach das CSHL alle Verbindungen zu Watson ab und entzog ihm seine Ehrentitel, nachdem er diese Ansichten in einem Fernsehbeitrag für American Masters unmissverständlich wiederholt hatte.

Seit 1994 leitet der Biochemiker und Krebsbiologe Bruce Stillman das Laboratorium als Direktor und seit 2003 als Präsident. Stillman, Mitglied der Nationalen Akademie der Wissenschaften und Fellow der Royal Society, leitet auch weiterhin ein Grundlagenforschungslabor, das sich mit der Untersuchung der DNA-Replikation und der Chromosomenerhaltung befasst. Stillman ist es zu verdanken, dass 1991 der Mechanismus des Origin Recognition Complex (ORC) entdeckt und aufgeklärt wurde. ORC ist ein hochkonservierter Proteinkomplex, der bestimmte DNA-Sequenzen erkennt und an sie bindet und damit den Ausgangspunkt für die Replikation des gesamten Genoms markiert.

Stillman leitete einen bedeutenden Ausbau des Labors, dessen Größe sich seit seiner Ernennung zum Direktor verdreifacht hat. Mit dem Bau von sechs miteinander verbundenen Laborgebäuden auf dem Hillside Campus im Jahr 2009 fügte das CSHL dringend benötigte neue Laborflächen für die Krebs- und Neurowissenschaften sowie Platz für ein neues Programm zur quantitativen Biologie hinzu, in dem Experten aus den Bereichen Mathematik, Informatik, Statistik und Physik an biologischen Problemen arbeiten.

Bemerkenswerter Lehrkörper

Douglas Fearon, Immunologe, Fellow der Royal Society, Mitglied der Nationalen Akademie der Wissenschaften.

Leemor Joshua-Tor, Strukturbiologin, Forscherin am Howard Hughes Medical Institute und Mitglied der National Academy of Sciences.

Adrian R. Krainer, Entwickler von Nusinersen zur Behandlung der spinalen Muskelatrophie (SMA), Gewinner des Breakthrough Prize in Life Sciences und Mitglied der National Academy of Sciences.

Robert Martienssen, Epigenetikforscher, Forscher am Howard Hughes Medical Institute und Fellow of the Royal Society (FRS).

Bruce Stillman, Molekularbiologe, Fellow der Royal Society, Mitglied der National Academy of Sciences, EMBO und AAAS.

Bruce Wallace, Genetiker, Mitglied der Nationalen Akademie der Wissenschaften, Professor an der Virginia Tech

Michael Wigler, Gentechnik an tierischen Zellen und Molekularbiologe, Mitentdecker des Ras-Onkogens, Mitglied der National Academy of Sciences und der AAAS.

Zachary Lippman, Pflanzengenetiker, Forscher am Howard Hughes Medical Institute und Gewinner eines MacArthur-Stipendiums, das gemeinhin als "Genius Grant" bezeichnet wird.

Christopher Vakoc, Leukämie-Biologe, Träger des Paul-Marks-Preises für Krebsforschung.

Nobelpreisträger

Carol Greider, entdeckte 1992 den Zusammenhang zwischen Zellalterung und Schäden an den Enden der Chromosomen, den so genannten Telomeren, und erhielt 2009 zusammen mit Elizabeth Blackburn und Jack W. Szostak den Nobelpreis

Barbara McClintock, entdeckte 1944 Transposons ("springende Gene"); erhielt 1983 den Nobelpreis.

Martha Chase und Alfred Hershey führten "Waring Blender Experimente" durch und bestätigten 1952 die DNA als genetisches Material; Hershey erhielt 1969 zusammen mit Salvador Luria und Max Delbrück den Nobelpreis

Richard J. Roberts und Phillip A. Sharp erhielten 1993 gemeinsam den Nobelpreis für die Entdeckung diskontinuierlicher oder "gespaltener" Gene, die den RNA-Spleißmechanismus aufdeckten.

James D. Watson erhielt 1962 gemeinsam mit Francis Crick und Maurice Wilkins den Nobelpreis für die Entdeckung der Doppelhelixstruktur der DNA. Von 1968 bis 1993 diente Watson als Direktor des CSHL. Im Jahr 2007 wurde er vom CSHL wegen seiner Unterstützung des wissenschaftlichen Rassismus suspendiert. Nachdem er sich öffentlich entschuldigt hatte, durfte er seine Ehrentitel behalten, wurde jedoch von seinen Führungs- und Managementaufgaben entbunden. Im Jahr 2019 hob das CSHL seine Ehrentitel auf, nachdem er sich erneut öffentlich geäußert hatte, indem er einen Zusammenhang zwischen IQ und Rasse unterstellte, was das CSHL als Umkehrung seiner Entschuldigung aus dem Jahr 2007 ansah. Im Jahr 2020 wurde die Watson School of Biological Sciences (WSBS) umbenannt, um jeden Hinweis auf ihn zu streichen.

Doppelhelix-Medaille

Jedes Jahr verleiht das Cold Spring Harbor Laboratory eine Doppelhelix-Medaille an Personen, die die menschliche Gesundheit positiv beeinflusst haben, indem sie entweder das Bewusstsein für die biomedizinische Forschung geschärft und Mittel dafür bereitgestellt oder einen wichtigen Beitrag zur biologischen und biomedizinischen Forschung geleistet haben.