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Pharmaforschung: Die virtuelle Leberzelle

Systembiologie heißt die Disziplin, die es sich zur Aufgabe gesetzt hat, Körperzellen komplett im Computer zu simulieren. So könnten neue Pharmaka irgendwann in silicio, statt im Tierversuch erprobt werden.

So klein das Objekt der Begierde auch sein mag, so groß ist der Anspruch: Sämtliche Abläufe in einer Zelle am Computer zu simulieren, ist eine wahre Herkulesaufgabe. Systembiologie heißt die neue, aufstrebende Disziplin, die sich an solche Projekte heranwagt. Irgendwann in ferner Zukunft könnten virtuelle Zellen vorhersagen, was passiert, wenn ein Krankheitserreger in die Zelle eindringt, ein Gen künstlich ausgeschaltet wird oder ein Patient ein Medikament schluckt.

Viele prophezeien der Systembiologie eine große Zukunft: "Die Biologie der Zukunft wird Systembiologie sein", sagt Roland Eils, Mitarbeiter des Deutschen Krebsforschungszentrums in Heidelberg: "Kein Mensch kann heute mehr die Datenmengen in der Biologie überblicken: Ein Rechner kann sehr viel komplexere Zusammenhänge verstehen und auch sehr viel mehr Daten verarbeiten als ein Gehirn." Der Computer könne dem Biologen zum Beispiel helfen, aus der Vielzahl der möglichen Experimente die vielversprechendsten auszuwählen.

50 Millionen Euro ist dem Bundesforschungsministerium das Programm wert

Auf der Chemietechnikmesse ACHEMA, die am kommenden Sonntag in Frankfurt beginnt, wird ein spektakuläres Projekt vorgestellt, das sich in Kürze auf die internationale Bühne der Systembiologie begibt: die virtuelle Leberzelle. Das Bundesforschungsministerium (BMBF) lässt dafür 50 Millionen Euro springen. Das Programm ist auf fünf Jahre angelegt. Derzeit wird entschieden, wer zum Aufbau eines nationalen Kompetenznetzwerks beitragen soll. Erst dann kann die eigentlich Arbeit beginnen, sagt Rosita Cottone, die beim BMBF für den Förderschwerpunkt zuständig ist.

Selbst nach fünfjähriger Förderung wird die virtuelle Leberzelle noch nicht realisiert sein, geben alle Beteiligten zu. "Das wird Jahrzehnte dauern", erwartet Eils, der Mitglied im Lenkungsgremium des BMBF-Forschungsschwerpunkts ist. Bislang sei das Untersuchungsobjekt noch nicht einmal zugänglich: Wenn eine Leberzelle aus ihrem natürlichen Umfeld - also dem intakten Organ - isoliert wird, verliert sie in der Zellkultur bislang viele ihrer typischen Eigenschaften.

Die meisten Systembiologen "üben" erstmal an E-Koli-Bakterien

Angesichts einer solchen Ausgangslage ist es durchaus verständlich, dass nicht alle Fachleute glücklich sind über das hoch gesteckte Ziel. Die meisten systembiologischen Arbeitsgruppen üben erst an einem vergleichweise einfachen Objekt: einem Koli-Bakterium, das mit seinen wenigen tausend Genen schnelleren Erfolg verspricht. Das BMBF aber wollte eine internationale Herausforderung, "vergleichbar mit ähnlich ambitionierten Aktivitäten in Japan und den USA", wie Cottone sagt. Der "Alleskönner" Leberzelle habe zudem großes wirtschaftliches Potenzial.

Befürworter des Mammutvorhabens erhoffen sich bereits von den Zwischenergebnissen der einzelnen Forschergruppen wichtige Einsichten in die Abläufe im Zellinneren. Die Forschungsvorhaben, die zur Förderung vorgeschlagen sind, beschäftigen sich mit den verschiedensten Fragestellungen: Wie baut die Zelle Schadstoffe ab? Wie funktioniert der Fettstoffwechsel? Wie regeneriert sich die Leber? All diese Einzelergebnisse sollen einmal in eine gemeinsame Datenplattform integriert werden.

Klassische Biologen können das alleine nicht leisten, sagt auch Karsten Schürrle von der Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie (DECHEMA) in Frankfurt. Dort wird das Zusammenspiel der beteiligten Arbeitsgruppen im Leberzell-Projekt bundesweit abgestimmt. Zellbiologen und Informatiker, Genforscher und Regelungstechniker, Mathematiker und Leberspezialisten müssen zusammenarbeiten, um das Bio-Puzzle zusammenzusetzen.

Sollte es tatsächlich gelingen, die Einzeldaten des Leberzell- Projekts in einem einzigen Modell zu vereinen, wird das Ergebnis zumindest eines zeigen: wie komplex eine menschliche Zelle funktioniert. Denn während das Original "in vitro" nur mit dem Mikroskop zu sehen ist, sind für das Modell "in silico" Großrechner im Hausformat nötig.

Sandra Trauner