Systembiologie Auf dem Weg zur virtuellen Zelle

Systembiologie will mit mathematischen Modellen von Zellen und Organismen unter anderem die Medikamentenforschung revolutionieren. Lesen Sie, wie sich der junge Forschungszweig zu einer ernst zu nehmenden Wissenschaft mausert.

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Der Laborant träufelt einen Tropfen Blut auf den Chip, steckt ihn in das Analysengerät und Sekunden später kann der Arzt dem schwergewichtigen Patienten das Ergebnis mitteilen: Abnehmen ist dringend erforderlich, sonst droht innerhalb der nächsten drei Jahre der Ausbruch von Diabetes Typ-2. So oder so ähnlich könnte die Zukunft im Diagnostiklabor in den nächsten zehn Jahren aussehen, wenn das gelingt, woran immer mehr Forscher zurzeit arbeiten: Modelle zu entwickeln, die es erlauben, Krankheiten bereits vor ihrem Ausbruch vorherzusagen und den Patienten zielgerichteter und individueller zu behandeln. Dieser relativ junge Forschungsansatz firmiert zurzeit unter dem Stichwort Systembiologie. Definitionen zu diesem Begriff gehen derweil noch ausei-nander. Einig sind sich die Forscher aber darin, dass hier Disziplinen wie Biologie, Biochemie, Physik, Chemie und Medizin mit der Informatik, der Mathematik und den System- und Ingenieurswissenschaften zu einem interdisziplinären Forschungsansatz verbunden werden. Die Ziele sind ambitioniert: Realitätsnahe Modelle von physiologischen Vorgängen in Zellen, Zellverbänden sowie ganzen Organismen sollen helfen zu verstehen, wie Leben funktioniert. Dies soll den Weg für eine quantitativ vorhersagende Biologie ebnen.

Simulation von Lebensprozessen

So versuchen derzeit rund 50 Projektpartner des Kompetenznetzwerkes Hepatosys eine virtuelle Leberzelle zu entwickeln, mit der sich physiologische Prozesse in silico nachvollziehen lassen. Die Leber baut jeden Tag 10 000 Substanzen auf, um oder ab und steuert damit für den Körper wichtige Stoffwechselwege, wie etwa die Synthese und den Abbau von Lipoproteinen. Da auch die Aufnahme, Metabolisierung und Ausscheidung von Medikamenten wesentlich durch Transportvorgänge in der Leber beeinflusst werden, interessieren sich vor allem die Pharmaforscher für diesen Zelltyp.

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