Systembiologie: Virtual Vitality

9. Juli 2010
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In Freiburg trafen sich im Juni Systembiologen aus aller Welt zur Konferenz über System Biology of Mammalian Cells. In deren Verlauf wurde deutlich, welche enormen Fortschritte die Systembiologie vor allem im letzten Jahrzehnt gemacht hat.

Bei der Conference on Systems Biology of Mammalian Cells (SBMC) tauschten sich an die 350 internationale Wissenschaftler über aktuelle Forschungsergebnisse und neue Trends der Systembiologie aus. In der Systembiologie wird ein ganzheitliches Bild sämtlicher Lebensvorgänge gezeichnet – auf allen Ebenen, vom Genom über das Proteom bis hin zur kompletten Zelle und einem vollständigen Organismus. Dazu kombiniert die systembiologische Forschung quantitative Methoden aus der Molekularbiologie mit solchen aus Mathematik, Informatik und Systemwissenschaften. Auf diese Weise werden mathematische Konzepte auf biologische Systeme angewandt.

Die daraus resultierenden Simulationen ermöglichen ein besseres Verständnis komplexer pathologischer Mechanismen und so die gezielte Entwicklung neuer, wirksamerer Ansätze zur Therapie. Mit systembiologischen Simulationen lassen sich jedoch nicht nur bessere Angriffspunkte zur Medikation finden, sondern auch pharmakokinetische Aussagen treffen. So beispielsweise, wie ein Wirkstoff resorbiert und metabolisiert wird und wie angesichts dessen die ideale Dosierung sein sollte. Das wird künftig insbesondere für die Pädiatrie von großem Nutzen sein. Denn dank systembiologischer Modelle kann unter anderem vorhergesagt werden, ob und wie ein medizinischer Wirkstoff bei Kindern unterschiedlichen Alters angreift.

Impulsgeber für medizinische Innovationen

Nach den Worten des parlamentarischen Staatssekretärs im Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) Dr. Helge Braun, der die Konferenz eröffnete, ebnet die Systembiologie mit der Verknüpfung von molekularbiologischen Ansätzen und mathematischen Computermodellen die Wege zu einer individualisierten Medizin: “Davon kann jeder Patient profitieren”. Als lebenswichtige Schlüsseltechnologie, so Dr. Braun weiter, ist die Systembiologie inzwischen zum “entscheidenden Impulsgeber für medizinische Innovationen der nächsten Dekade geworden”. Die Erforschung biologischer Prozesse auf der Systemebene zielte bislang vor allem auf die Vorgänge in den Zellen ab. Nun ist es an der Zeit, die systembiologischen Modelle von der Zellebene auf ganze Organe bis hin zum kompletten Organismus auszuweiten – was allen voran in der medizinisch-pharmazeutischen Forschung große Fortschritte bringen wird. Dieses Vorhaben wird auch bald realisiert sein, wie die in Freiburg vorgestellten Projekte zeigten.

Beispielsweise an den Untersuchungen des Italieners Prof. Dr. Claudio Cobelli von der Universität Padua: Die neuesten Ergebnisse seiner Arbeitsgruppe belegen, welche bedeutenden Möglichkeiten die Systembiologie für die moderne Medizin birgt. Prof. Cobelli und sein Team entwickeln Simulationen, die anhand von Ganzkörpermodellen die komplexen pathologischen Prozesse bei Typ-1- und Typ-2-Diabetes darstellen. Mit dem quantitativen Verständnis der Pathophysiologie des Glukosestoffwechsels, so Prof. Cobelli, “lassen sich neue Therapieansätze für die beiden Stoffwechselkrankheiten testen”. Diese Modelle, die unter anderem das GlukoseInsulin-System simulieren, spielen eine Schlüsselrolle in den so genannten insilicio-Untersuchungen. Denn laut Prof. Cobelli ersetzen sie “präklinische Untersuchungen und Studien, die man am Menschen aus Sicherheitsgründen nicht durchführen möchte oder darf”. Das Typ-1-Diabetes-Modell der Systembiologen aus Padua wurde bereits vor kurzem von der Food and Drug Administration (FDA) als insilico-Methode zur Erprobung von Behandlungsstrategien bei Diabetes anerkannt.

Eines von vielen Beispielen dafür, wie rasant sich die Systembiologie in den letzten zehn Jahren entwickelt hat. Nach den Worten von Prof. Dr. Martin Fussenegger, Institut für Chemie- und Bioingenieurwissenschaft der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich, zeichnet sich nun das Potenzial der Systembiologie in seinem enormen Ausmaß immer deutlicher ab. “Der Erkenntnisgewinn auf diesem Forschungsgebiet gibt uns vollkommen neue Einblicke in die Kontrolle und Regulation globaler molekularer Mechanismen”. Auf diesem Fundament, so Prof. Fussenegger, können künftig Strategien zur gezielten gen- und zellbasierten Therapie entwickelt werden”.

Weiterhin intensive Grundlagenforschung

Ungeachtet der zweifelsohne respektablen Neuerungen wurde auf der Konferenz angemahnt, auf dem Boden der Tatsachen zu bleiben und nicht in Euphorie zu verfallen. Allen voran die “Altvorderen” der Systembiologie, wie unter anderem Prof. Dr. Denis Noble von der Universität Oxford, warnten vor übereiligem Forschereifer. Der britische Physiologe gehört mit seinem 1961 entwickelten, ersten mathematischen Modell des schlagenden Herzens zu den systembiologischen Pionieren. Prof. Noble plädierte in Freiburg dafür, dass in der Systembiologie weiterhin intensive Grundlagenforschung betrieben werden muss – “als solides Fundament, um die vielfältigen und komplexen Prozesse des Lebens auf wirklich allen Ebenen vom Genom bis hin zu Zellen, Organen und dem gesamten Organismus zu verstehen”. Nur unter dieser Voraussetzung lassen sich die, besonders für den humanmedizinischen Sektor gestellten, großen Erwartungen auch erfüllen. “Ebenso wie die großen europäischen Kathedralen benötigt auch die die Systembiologie eine ausreichend lange Bauphase, um über lange Zeit Bestand haben zu können”, so Prof. Noble.

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4 Kommentare:

Altenpfleger

Ergänzung:

1) zur Textwiedergabe: Habe keine Ahnung, warum im Textfeld kleine Buchstaben erscheinen, wo ich doch große eingegeben habe. ???

2) nochmal zum Thema: So wie ich recherchieren konnte, ignoriert die so genannte Systembiologie außerdem die neuen Erkenntnisse der Epigenetik. Wie will man da einen zusammenhängenden Kontext einzelner physiologischer Abläufe herstellen? Der Schlüssel unserer Proteinbiosynthese findet sich ja nicht in letzter Instanz in der DNA, sondern ist weitgehend von Umweltsignalen bestimmt. (Siehe Bruce Lipton, Ph.D. / Zellbiologe)

#4 |
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Altenpfleger

Ich kann der Argumentation von Dr. Gabbert nur zustimmen. Mit dieser halbherzigen Herangehens- und Sichtweise,die sich zu Unrecht den Namen “Systembiologie” gibt, wurde wieder eine Chance verpasst, aus dem mechanistisch-reduktionistischen Hamsterrad der regulären Medizin auszutreten und den menschen als das zu sehen was er ist: Integrativer Bestandteil eines Großen Ökosystems, welches wir unter dem namen >Erde< kennen. Klammert man diese Betrachtungsweise von vornherein aus, praktiziert man nur eine etwas höhere Evolutionsstufe von Reduktionismus und keinesfalls ganzheitlich orientierte Wissenschaft. Allerdings stimme ich auch Dr. Dietrich zu: Dieser unvollständige Schritt ist immer noch besser als wie bisher auf der Stelle zu treten. Aus meiner Sicht nur völlig unnötig und ineffizient.

#3 |
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Natürlich hat auch die Systembiologie einen begrenzten Kontext, der in der Regel Organellen und Zellen umfasst, was auch das Sujet des zitierten Kongresses war. Damit wendet sie gleichsam die biomedizinische Kybernetik auf ein sehr eng umgrenztes Problem an.

Dennoch kann man über die gegenwärtigen Entwicklungen nur glücklich sein, da sie einen enormen Fortschritt gegenüber dem bisherigen reduktionistischen Denken (das in seiner Zeit auch sehr gerechtfertigt war) darstellen.

#2 |
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Die Systembiologie ist doch eine Totgeburt, wenn sie am Gesamtorgnismus endet. Der Mensch ist doch als Individuum Teil eines übergeordneten Systems, das mitberücksichtigt werden muss. Krankheiten entstehen im interaktionären Kontext und werden von der Reaktion der Mitmenschen moduliert. Das sage ich nicht nur als Arzt, sondern als Systemphilosoph (Philosophie lebender Systeme).

#1 |
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