STANDARD-Interview: Die Mathematik des Lebens

14. November 2005, 13:16
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Mithilfe mathematischer Methoden wollen Wissenschafter nun einige der letzten Geheimnisse der Biologie lösen. Eine neue Partnerschaft, die unter anderem vom Mathematiker Heinz Engl, Leiter des Johann-Radon-Instituts in Linz, forciert wird. Peter Illetschko sprach mit ihm

STANDARD: Wozu Mathematik? Das fragen sich Schüler. Aufgeklärte Erwachsene wissen natürlich, dass Mathematik unter anderem in der Industrie Anwendung findet. Dass sie in der Biologie angewandt wird, ist freilich relativ neu. Worum genau geht es dabei?

Engl: Prinzipiell geht es darum, verstehen zu lernen, wie manche Reaktionen in der Biologie und Biochemie ablaufen - und zwar mithilfe mathematischer Methoden. In einem Projekt zum Beispiel, das wir mit Peter Schuster vom Institut für theoretische Chemie und Strukturbiologie der Uni Wien durchführen, sollen Stoffwechselnetzwerke und genetische Netzwerke modelliert werden.

STANDARD: Mit Simulationen am Computer?

Engl: Hier werden Methoden entwickelt, die eine Umkehrung der konventionellen Simulationsstrategien ermöglichen: Aus den vorhandenen experimentellen Daten werden systemimmanente Eigenschaften und Strukturen errechnet. Darauf aufbauend können mittelfristig maßgeschneiderte biologische Modellsysteme geschaffen werden, die auch nicht lineares Verhalten berücksichtigen. Wir messen hier, wie sich ein System unter Berücksichtigung aller möglichen Parameter quantitativ und qualitativ verhält, Einflüsse von außen zum Beispiel.

STANDARD: Welche Anwendungsgebiete sehen Sie für die Zukunft?

Engl: Ich bin natürlich kein Biologe, aber wenn ich das Verhalten eines solchen Systems berechnen kann, dann könnte es natürlich ein kleiner Baustein für ein verbessertes Drug-Design sein, um zu sehen, welche Medikamente wie gebaut werden müssen, um mehr Wirkung zu erzielen. Das ist aber ein Fernziel. Bis dahin, bis man es mit ähnlicher Qualität designen kann, wie wir das mit Siemens VAI bei einem Hochofen oder mit AVL List bei einem Motor tun, müssen wir noch einen weiten Weg gehen.

STANDARD: Das eingangs beschriebene Projekt ist natürlich nicht das einzige, mit dem Sie sich am Johann-Radon-Institut und am Kompetenzzentrum Industriemathematik beschäftigen und das zugleich auch zeigt, wie mathematische Methoden in der Biologie angewandt werden können.

Engl: Wir arbeiten gemeinsam mit der Rush Medical University in Chicago an Methoden, mit denen man relativ genau sagen kann, was in Ionenkanälen passiert. Ionenkanäle sind Membranproteine, die die Zellmembran von innen nach außen durchspannen und die - das ist das Besondere - eine enge Pore besitzen, durch die Ionen aus der Zelle heraus-oder in die Zelle hineingelangen können. Wir können die Vorgänge in Ionenkanälen aber nicht nur berechnen, Ionenkanäle können so zumindest im Rechenmodell auch designt werden, damit sie bestimmte Eigenschaften haben. Dazu ist gerade ein amerikanisches Patent im Antragsstadium, weshalb ich jetzt noch nicht mehr sagen kann. Aber es ist sehr viel versprechend.

STANDARD: Haben Sie da spezielle Methoden entwickelt, um die Vorgänge in den Ionenkanälen zu berechnen?

Engl: Die Gleichungen, die die Vorgänge in einem Ionenkanal beschreiben, sind ähnlich solchen, die in der Halbleiterphysik eine Rolle spielen und mit denen wir Erfahrung haben.

STANDARD: Das heißt, die Methoden, mit denen Sie nun in die Biologie hineingehen, sind zum Teil bekannt?

Engl: Ich würde so sagen: Die Chance, die wir nun haben, liegt darin, mit ausgefeilteren mathematischen Methoden, die man aus anderen Anwendungsbereichen kennt, in die Biologie "reinzugehen". Wir stehen hier erst am Anfang unserer Möglichkeiten. Die Mathematisierung der Biologie ist auf jenem Stand, auf dem die Physik in den Dreißigerjahren des zwanzigsten Jahrhunderts war. Zur Strukturierung und Lösung vieler (natürlich nicht aller) Probleme wird Mathematik einen Beitrag leisten können.

STANDARD: Wie stellen Sie sich die weitere Zusammenarbeit zwischen Biologen und Mathematikern vor?

Engl: Es ist wichtig, dass Bedürfnisse aus der Praxis an die Mathematik herangetragen werden. Mathematik lebt durch das Wechselspiel von Theorie und Anwendung. Carl Friedrich Gauß zum Beispiel, einer der berühmtesten Mathematiker der letzten 500 Jahre, wurde in seiner wissenschaftlichen Arbeit durch Fragen der Landvermessung beeinflusst.

STANDARD: Wenn nun mathematische Methoden derart viele Anwendungsgebiete finden, könnte man die Mathematik eigentlich als die Mutter aller Wissenschaften bezeichnen, oder?

Engl: Das würde ich so nicht sagen. Manche sagen auch Königin aller Wissenschaften, das würde ich schon gar nicht sagen. Die Mathematik ist eine Querschnittwissenschaft. Ein Mathematiker ist kein Experte für irgendetwas Reales. Er ist Experte für Methoden, für Algorithmen, die auch mehrere und unterschiedlichste Anwendungsmöglichkeiten haben. Das kommt relativ häufig vor: Für eine Anwendung entwickelte Methoden können transferiert werden und in einem ganz anderen Bereich auch nützlich sein.

STANDARD: Wenn Biologie und Mathematik zusammenarbeiten: Ist es da nicht schwierig, eine gemeinsame Sprache zu finden?

Engl: Ja, natürlich. Es ist ein Lernprozess. Wir müssen die Fragen, die sich im anderen Fach ergeben, erst in unsere Sprache übersetzen. Und umgekehrt. Das ist eine Voraussetzung für den Erfolg von gemeinsamen Projekten. (DER STANDARD, Print-Ausgabe, 7. 11. 2005)

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