Wundermedikamente Dank dem Humangenom Project?
- Neue Therapiemöglichkeiten und deren Grundlagen -

Lorenz Steinbock

During the last ten years a new field appeared on the horizon, bioinformatics. It had an huge impact on biology medicine and changed the way to do science. Everything began with the Human Genome Project in the 90s, which implied the generation, processing and analysis of large data sets. Decoding the genome was only possible with different systems like the shotgun technique or DNA-sequence machines, which based all on bioinformatics. With all these new methods like DNA-Chips, E-Cells and gene maps it will be possible to battle gene based diseases like Alzheimer with gene therapy, produce new drugs, who fit perfect to the genetic profile of the patient and to detect genetic defects with gene tests. The result would be better safer, cheaper drugs without side effects and new therapies to battle diseases, which are still not curable. Sounds good? Let’s see, who that “Brave New World” would work.

Mit dem Eintritt in das neue Jahrhundert, allgemein auch als das Jahrhundert der Biowissenshaften bezeichnet, stehen viele Wissenschaftler neuen Herausforderungen gegenüber. Das menschliche Genom wurde Dank dem medienwirksamen Wettrennen zwischen dem Humangenom Project und Celera Genomic in einer atemberaubenden Zeit entschlüsselt, nun ergeben sich neue Fragen und Forschungsgebiete: die Faltung der Proteine (Proteomics) oder die Erforschung von Single Nucleotide Polymorphism (SNP). Die größte Verheißung des HGP war die Entwicklung von neuen wirkungsvollen Medikamenten aufgrund neuer Erkenntnisse aus dem menschlichen Genom. Auf den kommenden Seiten werden daher Grundtechniken und neue Therapiemöglichkeiten erläutert und evaluiert.

Basis all dieser Entwicklung ist die Informationstechnologie, die in letzten Jahren auch Einzug in der Medizin und Biologie gehalten hat. So war die Entschlüsselung des menschlichen Genoms erst durch bioinformatische Methoden möglich geworden, wie DNA-Sequenzzierungsmaschinen. Neuentwicklungen in diesem Bereich wie das Shotgun- Verfahren ermöglichten es Craig Venter das menschliche Genom in einer weit kürzeren Zeit zu entschlüsseln als das HGP. Frühestens seit diesem Zeitpunkt ist jedem klar geworden, dass Computer nicht mehr aus der Genomforschung wegzudenken sind. So besteht das Genom des Menschen aus etwa 30.000 Genen, nur ein Bruchteil der menschlichen DNS kodiert also Proteine, der Rest besteht aus DNS-Müll der sich über Jahrhunderte angesammelt hat oder dessen Funktion noch nicht bekannt ist. Um eine Systematik in dieses Datenchaos zu bringen sind menschliche Gehirne als Speicher überfordert, alleine Computer können hier Abhilfe schaffen.

Ein weiteres Beispiel für die Notwendigkeit informationsverarbeitender Systeme stellt die Berechnung von Proteinfaltung dar, die ohne komplizierte Algorithmen und riesige Datenbanken nie möglich wäre. Doch auch andere Bereiche profitieren von computerbasierenden Verfahren wie DNA/Protein-Chips und E-Cells.

Dieser Trend ist auch an den Universitäten und Börsen zu beobachten. So steigt die Anzahl der neuen Studiengänge an, die Biologie, Medizin, und Chemie mit Informatik verbinden (s. „molekulare Medizin“ in Freiburg, „molekulare Biotechnologie“ Heidelberg/ München/ Würzburg, Bioinformatik Tübingen/ Bielefeld). In der Wirtschaft spiegelt sich dieser Trend in den börsennotierten Biotechstartups wieder, die wie Pilze aus dem Boden schießen (Morphosys, Celera Genomic, Lionbioscience).

Aufbauend auf der Informationstechnologie wurden in den letzten Jahren zahlreiche Methoden entwickelt, die zu einem besseren Verständnis von Genen und Krankheiten führen und das Gesundheitssystem nachhaltig verändern werden.

E-Cell

„The cost to discover drugs is actually going up, based
on the naive idea that you can redirect the cell in a way
that you want it to go by sending in a drug that inhibits
only one protein.“ James E. Bailery, Institute of Technology, Zürich

Die Idee bei der elektronischen Zelle beruht auf einer Simulation aller biochemischen Stoffwechselvorgänge einer Zelle in einem Computer. Erste Ansätze lieferte Masaru Tomita Laboratory for Bioinforamtics at Keio University in Fujisawa, Japan. Er stellte eine virtuelle Zelle her, basierend auf der Mikrobe Mycoplasma genitalium. Diese eignete sich besonders gut für die Simulation, da es die kleinste selbst fortpflanzungsfähige Mikrobe darstellt mit einem Genom aus 127 Genen. Ziel ist die Simulation einer lebenden Zelle, an der virtuelle Experimente durchführbar sind. Da keine Modellorganismen gehalten werden müssen und die Auswirkungen von Umwelteinflüsse wie Giften oder Medikamenten parallel mit verschiedenen Ausgangsituationen simuliert werden, können Kosten gespart werden, was es besonders für die Pharmaindustrie interessant macht.

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