Computermodelle für Krebs-, HIV-Therapie und versteckten DNA-Code

Symposium "Computational Mathematics - The Quiet Invaders" in Wien

Wien - Die zunehmende Bedeutung von Computermodellen in der Mathematik und anderen Wissenschaften wie der Biologie, Medizin und den Sozialwissenschaften stand am Dienstag im Mittelpunkt des Symposiums "Computational Mathematics - The Quiet Invaders" in Wien. Fächer wie die Biologie seien mittlerweile von der Mathematik durchdrungen, ja sogar abhängig, meinte Jörg Hacker, Präsident der deutschen Nationalen Akademie der Wissenschaften Leopoldina, die das Symposium gemeinsam mit der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) veranstaltet hat.

Der an der Harvard Universität (USA) forschende Österreicher Martin Nowak erläuterte, wie die Mathematik die Dynamik der Krebsentstehung und das Fortschreiten der Krankheit beschreiben kann. Etwa beim Pankreaskarzinom hätte man so herausgefunden, dass von der Entstehung der ersten Krebszelle bis zur Metastasenbildung viele Jahre vergehen, erklärte er in seinem Vortrag. Man habe daher ein langes Zeitfenster, um die Krankheit zu behandeln, wenn man diese Zellen erkennen könnte. Bisher dachte man, dass der Krebs sehr schnell wächst, tatsächlich vergehen aber etwa 20 Jahre von der Entstehung bis zur Diagnose, sagte Nowak.

Speerspitze der personalisierten Medizin

Thomas Lengauer vom Max Planck Institut für Informatik in Saarbrücken zeigte, wie die Bioinformatik die HIV-Therapie unterstützen kann. Ein Problem dabei sei, dass die Viren in den einzelnen Patienten sehr unterschiedlich sind. Jeder Patient bräuchte daher eine speziell angepasste Kombinationstherapie. "Man nennt die HIV-Therapie deshalb die 'Speerspitze der personalisierten Medizin'", erklärte Lengauer, für den die Mathematik die objektivste Methode ist, um zu einem Therapievorschlag zu gelangen.

Es sei gar nicht möglich, bei jedem einzelnen Patienten die Viren im Labor auf die Resistenz gegenüber den verschiedenen Medikamenten zu testen, doch man könne die Experimente virtualisieren und auf dem Computer durchführen. Allerdings seien die Mediziner gegenüber den Ergebnissen multidimensionaler mathematischer Berechnungen oft skeptisch. "Die Herausforderung für die nächsten Jahre ist es daher, dass diese verbesserten Methoden auch die klinische Praxis erreichen", so Lengauer.

Für Alexander Stark vom Institut für Molekulare Pathologie (IMP) Wien ist der Computer eines von verschiedenen Werkzeugen, mit dem man eine biologische Frage beantworten kann. Er ist auf der Suche nach Informationen auf dem Erbgut, die festlegen, wann und in welchen Organen die verschiedenen Gene aktiviert werden. "Den genetischen Code, also wie man eine DNA-Sequenz in eine Eiweißsequenz übersetzt, hat man schon vor Jahrzehnten entschlüsselt, aber der zweite, regulatorische Code auf der DNA ist noch völlig unbekannt", erklärte er. Um auch diesen Code zu knacken, bringt er etwa regulatorische DNA-Stücke in Fruchtfliegen ein und untersucht, wann und wo sie aktiv sind.

Den Computer verwendet Stark spätestens dann, wenn er Gemeinsamkeiten bei diesen DNA-Sequenzen finden will. "Das menschliche Genom besteht aus drei Billionen Nukleotiden, wenn man ihren Buchstabencode, also die Abfolge von A, T, G und C, hintereinander aufschreiben würde, entspräche das der Strecke von London nach Montreal, also 5000 Kilometern", erklärte er. In dieser Sequenz könne man sich natürlich ohne Computer gar nicht mehr zurechtfinden. (APA, 23.10.2012)