Mitsotakis pediu também a Isidoros Dogiakos que a investigação seja atribuída ao magistrado de mais alto nível possível, noticiou a agência grega ANA-MPA.
Na carta, Mitsotakis disse que se trata de uma investigação separada da iniciada por peritos nomeados pelo Governo após o acidente de 28 de fevereiro, segundo a agência francesa AFP.
A investigação deve abranger a avaliação de eventuais "erros sistémicos no setor ferroviário, incluindo qualquer atraso na conclusão da necessária atualização tecnológica das infraestruturas".
As conclusões do comité de peritos "serão obviamente partilhadas com as autoridades judiciais que conduzem a investigação e farão parte do processo", disse o chefe do Governo na missiva, citada pela ANA-MPA.
Mitsotakis justificou a iniciativa junto do Supremo Tribunal com o "pedido razoável e justo da sociedade grega" para que haja "um esclarecimento imediato e profundo de todos os casos criminais relacionados com o trágico acidente".
O primeiro-ministro já tinha ordenado, na sexta-feira, a criação de um comité especial de peritos para "investigar e salientar os problemas sistémicos e os disfuncionamentos" que levaram à tragédia ferroviária, ocorrida no centro do país.
As autoridades gregas atribuíram o acidente principalmente a erro humano.
O chefe da estação de Larissa, a cidade mais próxima do local do acidente, foi detido e acusado de ter cometido um erro fatal que provocou a morte de "um grande número de pessoas".
Ao abrigo do Código Penal grego, este crime pode ser punido com uma pena que vai de 10 anos de prisão a prisão perpétua.
O chefe da estação ficou em prisão preventiva.
Mais de 12 mil manifestantes protestaram em Atenas, no domingo, contra as "falhas crónicas" da rede ferroviária grega e acusaram os governos dos últimos anos de nada fazer para a melhorar.
O acidente envolveu um comboio de passageiros e um de mercadorias, que colidiram frontalmente quando estavam na mesma linha.
A linha liga Atenas a Salónica, no norte da Grécia.
O ministro dos Transportes, Kostas Karamanlis, demitiu-se na sequência do acidente.
O Governo grego pediu ajuda à Comissão Europeia, cuja presidente, Ursula von der Leyen, anunciou hoje o envio de uma missão de peritos para oferecer apoio técnico às autoridades ferroviárias do país.
Os peritos da Comissão Europeia e da Agência Ferroviária Europeia (ERA) viajarão ainda esta semana para Atenas, disse Von der Leyen na rede social Twitter.
Von der Leyen referiu que falou hoje de manhã com o primeiro-ministro grego sobre "o apoio técnico que a União Europeia pode prestar à Grécia para modernizar os seus caminhos-de-ferro e melhorar a sua segurança".
"A segurança ferroviária é primordial", disse Von der Leyen, citada pela agência espanhola EFE.
Também no Twitter, Mitsotakis agradeceu a "resposta rápida" da Comissão Europeia e disse que o seu Governo está disposto a mobilizar todos os recursos disponíveis para melhorar a segurança da rede ferroviária, segundo a ANA-MPA.
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