{"id":79437,"date":"2024-11-03T13:45:04","date_gmt":"2024-11-03T12:45:04","guid":{"rendered":"https:\/\/www.die-stadtzeitung.de\/?p=79437"},"modified":"2024-11-12T12:26:17","modified_gmt":"2024-11-12T11:26:17","slug":"neuer-diagnostischer-marker-und-das-raetsel-in-der-biologie","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.die-stadtzeitung.de\/index.php\/2024\/11\/03\/neuer-diagnostischer-marker-und-das-raetsel-in-der-biologie\/","title":{"rendered":"Neuer, diagnostischer Marker und das R\u00e4tsel in der Biologie"},"content":{"rendered":"
\"\"Der Wuppertaler Molekularbiologe- und Zellforscher Prof. Dr. Martin Simon – \u00a9 Sebastian Jarych<\/span><\/div>\n

Der Wuppertaler Molekularbiologe- und Zellforscher Martin Simon hat die diesj\u00e4hrige Nobelpreisvergabe in den Bereichen Medizin und Chemie gespannt mitverfolgt und erkl\u00e4rt die vielf\u00e4ltigen M\u00f6glichkeiten, die sich daraus f\u00fcr die Forschung und zuk\u00fcnftige Therapieans\u00e4tze herleiten. Dar\u00fcber hat Autor Uwe Blass mit ihm im Rahmen der beliebten Uni-Reihe „Transfergeschichten“ gesprochen.<\/p>\n

MicroRNAs<\/strong><\/p>\n

Der Medizinnobelpreis geht 2024 an die US-Amerikaner Victor Ambros und Gary Ruvkun f\u00fcr die Entdeckung der microRNAs (kleine, nicht-codierende RNA Molek\u00fcle) und ihre Rolle bei der Genregulierung. \u201eDa fang ich einmal bei den Genen an\u201c, beginnt Simon, \u201edie sind n\u00e4mlich Teil unseres Erbguts und werden an- und ausgeschaltet. Dadurch kommen die unterschiedlichen Zelltypen in unserem K\u00f6rper zustande.\u201c<\/p>\n

\"\"\u00a9 Bergische Universit\u00e4t<\/span><\/div>\n

So treten Leberzellen anders in Erscheinung, haben also z. B. ein anderes Genexpressionsmuster als Nieren- Haut-, Epithel- oder Blutzellen. \u201eWir haben ja 23.000 Gene als Mensch, und es sind immer andere Gene an- und ausgeschaltet, wodurch wir unterschiedliche Organe und Gewebe bilden k\u00f6nnen. Es muss nun aber irgendwie dem Gen gesagt werden, ob es nun eingeschaltet oder ausgeschaltet sein soll, und das hei\u00dft dann, dass aus der DNA ein Protein (Eiwei\u00df) entsteht, oder eben nicht. Dieses An- und Ausschalten nennt man die Genregulation.\u201c<\/p>\n

Dabei sei die microRNA ein wesentlicher Bestandteil. Zwar kannte man solche kleine RNA-St\u00fcckchen, wie Simon sie nennt, schon lange, jedoch wusste man nichts von ihren genregulatorischen F\u00e4higkeiten und hatte sie unter dem Aspekt \u00b4Abfallprodukt` einsortiert. Als man die microRNA jedoch genauer untersuchte, stellte man irgendwann fest, dass sie die Genregulation negativ beeinflusst. \u201eIst zu einem Gen eine passende microRNA existent, wird dieses Gen abgeschaltet, es kommt kein Protein da raus. Sie blockiert die Proteinsynthese.\u201c<\/p>\n

Um die Bedeutung dieser Entdeckung besser einzuordnen, erkl\u00e4rt Simon, es sei bildlich so, als ob man vor einem Ger\u00e4t stehe und nicht wisse, wie es funktioniere. Nun habe man aber den ‚Schalter‘ gefunden und k\u00f6nne erkl\u00e4ren, warum Dinge so oder so funktionierten.<\/p>\n

\"\"Zwei Perspektiven der 3D-Ansicht der AlphaFold2 berechneten Proteinstruktur einer RNA-abh\u00e4ngigen RNA Polymerase (P. tetraurelia\u00a0 RDR2).<\/span><\/div>\n

\u201eDie Beschreibung der microRNAs hat gezeigt, wie all unsere Zellen das machen und es gibt Sch\u00e4tzungen, die im optimistischsten Fall davon ausgehen, dass ungef\u00e4hr 60 Prozent unsere Gene dar\u00fcber reguliert werden. Jetzt k\u00f6nnen Forscher erkl\u00e4ren, warum zum Beispiel dieses oder jenes Protein in der Leberzelle auftaucht, in der Nierenzelle aber nicht, weil man schauen kann, ob die micrRNA die Entstehung dieses Proteins verhindert. Das ist der Schalter, den die beiden Nobelpreistr\u00e4ger gefunden und definiert haben.\u201c<\/p>\n

Forschungen am Fadenwurm liefern Erkenntnisse f\u00fcr menschlichen Organismus<\/strong><\/h4>\n

Die beiden ausgezeichneten Wissenschaftler fanden microRNA erstmals bei ihrer Forschung am Fadenwurm (C. elegans<\/em>), der bei vielen Forschungsprojekten eine wichtige Rolle spielt. \u201eDer Fadenwurm ist ein genetischer Modellorganismus, der seit den 1920er Jahren schon bekannt ist. Er hat ein ungeheures Potential, weil es ein Tier mit vielen Zellen ist. Eine Differenzierung der Zelltypen ist bei ihm m\u00f6glich, er hat einzelne Organe, aber er ist ausreichend primitiv, um ihn leicht untersuchen und auch in gro\u00dfer und schneller Generationszahl kultivieren zu k\u00f6nnen.\u201c Ein W\u00fcrmchen habe gerade mal 800 Zellen und es gebe auch Methoden, jede einzelne Zelle eines Wurmes zu trennen und separat zu analysieren.<\/p>\n

\u201eDa hat man dann alle Organe dabei und kann die gruppieren. Das w\u00e4re schon mit einer Maus vom Aufwand her nicht mehr machbar. Man nutzt sie auch f\u00fcr toxikologische Analysen oder die Untersuchung von DNA-Sch\u00e4den. Dieser Wurm ist wirklich f\u00fcr die Forschung ein Allrounder und das hat sich auch schon bei fr\u00fcheren Nobelpreisverleihungen gezeigt.\u201c Bereits 2006 ist ein Preis an zwei Forscher gegangen, die mit diesem Wurm gearbeitet hatten.<\/p>\n

\u201eDas ist also heute der zweite Nobelpreis in der Medizin, der an die Erstbeschreibung an kleinen RNAs an die Arbeit mit C. elegans<\/em> geht. Alle diese Erkenntnisse, die man bei diesem Wurm gewonnen hat, und das ist das Besondere, kann man auf die medizinischen Aspekte vom Menschen \u00fcbertragen, und das ist ein besonders gutes Beispiel f\u00fcr die Notwendigkeit von Grundlagenforschung\u201c<\/p>\n

\"\"Medizinische Forschung verl\u00e4ngert Leben – \u00a9 Pixabay<\/span><\/div>\n

Durch microRNA kann man Krankheiten besser verstehen<\/strong><\/h4>\n

MicroRNAs sind nicht zu verwechseln mit der durch die Covid-Impfstoffe ber\u00fchmt gewordenen mRNA \u2013 der Messenger-RNA, auch als Boten-RNA bekannt. \u201eDurch microRNA kann man Krankheiten nun besser verstehen, weil bei vielen Krankheitsbildern die Genexpression, vor allem beim Krebs, au\u00dfer Kontrolle geraten ist. Wir beginnen zu verstehen, wie der Krebs sich \u00fcberhaupt entwickelt und wie es zu der Fehlsteuerung dieser Genexpression kommt, d.h. warum sind Gene, die in der normalen Leberzelle nicht angeschaltet sind, in einem Leberkarzinom nun angeschaltet?\u201c<\/p>\n

Mit dieser Erkenntnis k\u00f6nne man dann verstehen, wie sich dieser Krebs entwickelt bzw. warum er so ist, wie er ist. \u201eWir sehen, dass im Krebs viele microRNAs anders reguliert sind. Es gibt krebsspezifische microRNAs, die dann mehr da sind oder auch weniger da sind. Wichtig ist, dass diese microRNAs hier fehlreguliert sind, denn die Natur hat sie ja nicht gemacht, um Krebs entstehen zu lassen.\u201c<\/p>\n

Die Wissenschaftler k\u00f6nnten nun aus diesen Fehlregulationen ableiten, wie schnell oder welche eine spezifische Therapie angegangen werden m\u00fcsse. \u201eDas ist sehr wichtig f\u00fcr die Therapie, denn vielleicht habe ich noch einen l\u00e4ngeren Zeitfaktor, um die Erkrankung lokal zu behandeln oder muss ganz schnell etwas machen, um eine Metastasierung zu verhindern. Somit ist es auch ein diagnostischer Marker geworden.\u201c Zudem er\u00f6ffneten die Forschungen auch die M\u00f6glichkeit, prognostische Marker zu benutzen, also im Vorfeld zu handeln.<\/p>\n

\u201eEin Beispiel f\u00fcr so einen prognostischen Marker w\u00e4re die microRNA106b, denn eine genetisch bedingte Ver\u00e4nderung in dieser RNA geht mit einem h\u00f6heren Risiko f\u00fcr ein Leberkarzinom einher. Wir haben in der microRNA einen prognostischen Marker, einen diagnostischen Marker und wir haben einen Ansatz, an diesen Stellen einzugreifen und somit ein therapeutisches Werkzeug gewonnen. Wir k\u00f6nnen microRNAs blocken oder zu Zellen hinzugeben, welche diese nicht mehr herstellen. Man kann von au\u00dfen in dieses RNA-System eingreifen und die regulatorische Funktion beeinflussen, also \u201ewir k\u00f6nnen den Schalter selbst bet\u00e4tigen\u201c. Und seit 2017 gibt es in der EU bereits neun Zulassungen f\u00fcr Wirkstoffe auf Basis von solcher regulatorischer RNA.\u201c<\/p>\n

\"\"Die begehrte Nobelpreis-Medaille – \u00a9 gemeinfrei<\/span><\/div>\n

Eine neue Welt der Proteinstrukturen<\/strong><\/h4>\n

In der gleichen Woche, in der der Medizinnobelpreis verliehen wurde, verk\u00fcndete das Komitee auch den Preis f\u00fcr Chemie an die Wissenschaftler David Baker (USA) sowie Demis Hassabis und John Jumper (Gro\u00dfbritannien). Baker hat bereits 2003 ein Computerprogramm entwickelt, welches neue Proteine entwerfen konnte und damit eine neue Welt von Proteinstrukturen er\u00f6ffnet.<\/p>\n

\u201eProteine an sich sind ja der wesentliche Bestandteil des Lebens, d.h. sie sind eine der Hauptkomponenten der Zellen. Sie bieten eine Ger\u00fcststruktur und sie bieten enzymatische Aktivit\u00e4t, um Substanzen im Stoffwechsel umzusetzen. Alle Proteine sind in unterschiedlichen Kombinationen aus 20 Bausteinen aufgebaut, das sind die Aminos\u00e4uren, und die werden in einer linearen Kette aneinandergeh\u00e4ngt. Jetzt gibt es Aminos\u00e4uren, die sind gro\u00df, andere sind klein, manche sind positiv geladen, andere sind negativ geladen.\u201c<\/p>\n

Logischerweise sei die Zusammensetzung dieser Aminos\u00e4uren ausschlaggebend f\u00fcr die Eigenschaften des gesamten Proteins. Wenn man nun aber eine positive und eine negative Aminos\u00e4ure habe, bleibe das Protein nicht linear, sondern falte sich zusammen. Dadurch entstehe eine dreidimensionale Struktur, die in der Biologie lange ein R\u00e4tsel war.<\/p>\n

\u201eWenn man sich vorstellt, dass es Proteine gibt, die aus mehreren tausend Aminos\u00e4uren aufgebaut sind, k\u00f6nnte es rein theoretisch so viele verschiedene Wechselwirkungen zwischen diesen einzelnen Bausteinen geben. Aber man muss die Struktur kennen um die Funktion des Proteins zu verstehen. Das war fr\u00fcher ein riesiger Aufwand. Man musste die Proteine kristallisieren, also eindampfen und eine Kristallstruktur entwickeln. Und dann konnte man \u00fcber eine R\u00f6ntgenstrukturanalyse oder eine NMR-Analyse erfahren, wie dieses einzelne Protein gefaltet ist, d.h. man kann ein 3D-Modell erstellen.\u201c<\/p>\n

\"\"Weltweit wird nach wirksamen Wirkstoffen gegen Krebs geforscht – \u00a9 Pixabay<\/span><\/div>\n

Selbst bei diesem aufw\u00e4ndigen Verfahren lie\u00dfen sich auch nach mehreren Jahren Arbeit nicht immer alle Proteine kristallisieren. Interessant in diesem Zusammenhang ist die Tatsache, dass das Nobelpreiskommitee bereits in der Vergangenheit mehrmals Preise zu Forschungsarbeiten um die chemische Analyse der Proteinstrukturen verliehen habe. Mit der diesj\u00e4hrigen Verleihung komme aber nun ein ganz anderer Ansatz zum Tragen. \u201eMan benutzt ein KI-basiertes Tool, um diese Wechselwirkungen zu berechnen\u201c, erkl\u00e4rt Simon.<\/p>\n

Der Wissenschaftler weiter: \u201eDas Tool hei\u00dft ‚AlphaFold‘, ist eine KI-basierte Software, die die Struktur von Proteinen basierend auf der Aminos\u00e4uresequenz, also auf der linearen Sequenz, voraussagt. Dieses Tool ist auch selbstkorrigierend, kontrolliert also selber noch einmal das Ergebnis und verbessert seine Voraussage nach und nach immer weiter.\u201c Diese Software mit bereits bekannten Strukturen trainiert und kontrolliert. Das phantastische an dieser Software sei vor allem, dass sie Open Source ver\u00f6ffentlicht wurde, d.h. sie ist kostenfrei sowohl f\u00fcr die Forschung als auch f\u00fcr die Wirtschaft nutzbar.<\/p>\n

\u201eAuch wir k\u00f6nnen schon damit arbeiten. Wir k\u00f6nnen unsere Aminos\u00e4uresequenzen eingeben und bekommen nach ein wenig Rechenzeit die Struktur heraus. Jetzt gibt es auch schon Folgeprogramme. \u00b4AlphaFold 3` kann z.B. auch berechnen, ob zwei verschiedene Proteine miteinander agieren und aneinanderbinden, man kann also schon in die n\u00e4chste Dimension gehen. Das ist ein riesiger Fortschritt. Wir haben es installiert und benutzen es mittlerweile permanent.\u201c<\/p>\n

Das Programm funktioniert wie folgt: der Nutzer gibt eine Buchstabenfolge seiner Aminos\u00e4uresequenzen ein und der Computer zeigt nach einer Berechnungszeit die dreidimensionale bildliche Struktur, die man dann auch in alle Richtungen drehen kann. \u201eFr\u00fcher w\u00e4re das die Arbeit einer ganzen Promotion gewesen\u201c, lacht der Forscher. Dadurch werde die Forschung um ein Vielfaches beschleunigt und inzwischen sei es auch so, dass man in den Genomdatenbanken diese Strukturen schon f\u00fcr alle Gene schon mit hinterlegt habe.<\/p>\n

KI zeigt auch, wo sie unsicher ist<\/strong><\/h4>\n

Die Wissenschaftler Hassabis und Jumper haben eine gigantische Datenbank erstellt. Diese Datenbank k\u00f6nnte u.a. auch bei der Kl\u00e4rung von Antibiotika-Resistenzen helfen oder beim Einsatz von Enzymen zum Abbau von Kunststoffen.<\/p>\n

\"\"Ein medizinisches Forschungslabor – \u00a9 Pixabay<\/span><\/div>\n

\u201eMan kann also nun in einer Art Designarbeit Stoffe mit der Software bauen lassen\u201c, sagt der Fachmann. Zwar versteht wie so oft der Anwender nicht komplett, was die KI tue. \u201eBei ‚AlphaFold‘ ist es da aber z.B. so, dass die Bereiche, in denen sich der Algorithmus nicht sicher ist, eingef\u00e4rbt werden. Blau meint, da ist er sich sicher und rot meint, da ist er sich nicht so sicher. Das ist ein wesentlicher Faktor, den man auch als Qualit\u00e4tskriterium nennen muss. Das Programm hinterl\u00e4sst im Unsicherheitsfalle damit eine Markierung.\u201c<\/p>\n

Wissenschaft schafft Impulse f\u00fcr die Zukunft<\/strong><\/h4>\n

Nobelpreise bedeuten immer eine W\u00fcrdigung der Wissenschaftler*innen und deren Forschung. Was aber bedeuten diese Entdeckungen f\u00fcr t\u00e4gliche Arbeit?<\/p>\n

\u201eWir reden ja von einem Transfer von Grundlagenforschung, d.h. es hat bereits zwei Mal den Medizinnobelpreis gegeben f\u00fcr C. elegans<\/em>-Forscher, deren Ergebnisse auf den Menschen \u00fcbertragbar sind.\u201c Die Nobelpreisw\u00fcrdigung schaffe mit diesen Auslobungen neue Impulse f\u00fcr die Wissenschaft. \u201eMit dieser W\u00fcrdigung wird ein Transfer zu neuen Aspekten in die Medizin hineingetragen\u201c, sagt Simon abschlie\u00dfend.<\/p>\n

Er betont: \u201eWir brauchen neue Ansatzideen. Genauso wie bei den Antibiotika. Da haben wir zwar eine Weiterentwicklung der bestehenden Antibiotika, die immer weiter modifiziert werden, um den Resistenzen auszuweichen, aber wir sind mit den klassischen Antibiotika in einer fast toten Zone. Wir k\u00f6nnen nur dran herummodifizieren, aber wir rennen immer wieder in die n\u00e4chste Antibiotikaresistenz hinein. Dann braucht man in diesen Feldern wieder einen neuen Impuls. Und das k\u00f6nnen aus der Grundlagenforschung z.B. Viren sein, die Bakterien infizieren. Wenn wir die dann modifizieren, kann man wieder neue Wege gehen. Beim Chemienobelpreis wiederum ist es der Aspekt, dass diese neue Software ‚AlphaFold‘ unser t\u00e4gliches Leben in der Grundlagenforschung tats\u00e4chlich bereits ver\u00e4ndert hat, weil wir schneller und kosteng\u00fcnstiger an solide Ergebnisse kommen.\u201c<\/p>\n

Uwe Blass<\/strong><\/p>\n

\"\"Prof. Dr. Martin Simon – \u00a9 Sebastian Jarych<\/span><\/div>\n

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\u00dcber Prof. Dr. Martin Simon<\/h4>\n

Prof. Dr. Martin Simon leitet die Fachgruppe Molekulare Zellbiologie und Mikrobiologie in der Fakult\u00e4t Mathematik und Naturwissenschaften an der Bergischen Universit\u00e4t.<\/p>\n

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\u00a0<\/strong><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Jedes Jahr im Oktober blickt die Welt auf Schweden, dann zeichnet das Nobelpreiskomitee internationale wissenschaftliche Arbeiten aus. Die Leistungen der preisw\u00fcrdigen Forscherinnen und Forscher kann der Laie jedoch meist nicht nachvollziehen, zu fachspezifisch ist oft deren Ausrichtung.<\/p>\n","protected":false},"author":7,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[27],"tags":[],"class_list":["post-79437","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-wissen"],"publishpress_future_action":{"enabled":false,"date":"2026-05-12 21:19:33","action":"change-status","newStatus":"draft","terms":[],"taxonomy":"category","extraData":[]},"publishpress_future_workflow_manual_trigger":{"enabledWorkflows":[]},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.die-stadtzeitung.de\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/79437","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.die-stadtzeitung.de\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.die-stadtzeitung.de\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.die-stadtzeitung.de\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/users\/7"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.die-stadtzeitung.de\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=79437"}],"version-history":[{"count":5,"href":"https:\/\/www.die-stadtzeitung.de\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/79437\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":79450,"href":"https:\/\/www.die-stadtzeitung.de\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/79437\/revisions\/79450"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.die-stadtzeitung.de\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=79437"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.die-stadtzeitung.de\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=79437"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.die-stadtzeitung.de\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=79437"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}