Systembiologie

In den letzten Jahren hat es in der Biologie eine Informationsexplosion gegeben. Die Kartierung des menschlichen Genoms lieferte Biologen beispiellose Details zu etwa 30.000 bis 40.000 Genen. Es werden auch Anstrengungen unternommen, um die Tausenden – und möglicherweise Millionen – von Proteinen zu identifizieren, die von diesen Genen kodiert werden. Forscher verfolgen nun den nächsten logischen Schritt, all diese Daten zu integrieren: die Systembiologie.

Was ist mit Venuswasser passiert?

Ziel ist es, nicht nur die Funktionen einzelner Gene, Proteine ​​und kleinerer Moleküle wie Hormone zu verstehen, sondern auch zu lernen, wie all diese Moleküle beispielsweise innerhalb einer Zelle interagieren. Biologen hoffen, diese Informationen dann nutzen zu können, um genauere Computermodelle zu generieren, die dabei helfen, die Komplexität der menschlichen Physiologie und die zugrunde liegenden Mechanismen von Krankheiten zu enträtseln. Der größte Lohn: schnellere Entwicklung wirksamerer Medikamente. Dies eröffnet wirklich eine ganz neue Welt, eine neue Art, Dinge zu tun, sagt Aram Adourian, Direktor für fortschrittliche Technologien bei Beyond Genomics, einem Systembiologie-Startup in Waltham, MA.

Der Nanotube-Computer

Diese Geschichte war Teil unserer März-Ausgabe 2002



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Eine Handvoll akademischer Gruppen, Biotech-Firmen und Pharmaunternehmen nehmen diesen neuen Ansatz an (siehe Tabelle) . Der Pharmahersteller Eli Lilly wird in diesem Frühjahr sein neues Zentrum für Systembiologie in Singapur eröffnen. Das Zentrum plant, in den nächsten fünf Jahren 140 Millionen US-Dollar auszugeben, um mithilfe eines Systemansatzes wirksamere Medikamente zu entwickeln. In Seattle hat der Biotech-Pionier Leroy Hood kürzlich das Institute for Systems Biology gegründet (siehe Unter der Haube der Biologie, KINDER September 2001) mit dem Ziel, komplexe Systeme wie das Immunsystem sowie Krankheiten wie Krebs besser zu verstehen. Beyond Genomics nutzt die Systembiologie, um bessere molekulare Angriffspunkte für Medikamente gegen Herzkrankheiten zu identifizieren, und arbeitet mit dem in Dublin ansässigen Arzneimittelunternehmen Elan zusammen, um neue Alzheimer-Therapien zu entwickeln.

Traditionell können Arzneimittelforscher ein Gen identifizieren, das bei kranken Patienten an- oder ausgeschaltet wird, und dann ein Medikament entwickeln, das dieses Gen oder das Protein, für das es kodiert, reguliert. An vielen Krankheiten sind jedoch eine Reihe verschiedener Gene und Proteine ​​beteiligt, die alle auf einzigartige Weise miteinander interagieren. Die Systembiologie könnte durch die Untersuchung dieser komplexen Wechselwirkungen mehr Aufschluss darüber geben, wie Krankheiten zelluläre Prozesse verändern. Dies könnte Forschern helfen, die entscheidenden Gene oder Proteine, die Krankheiten verursachen und die daher Hauptziele für neue Therapien sind, effizienter zu finden. Forscher könnten ihre Modelle auch anpassen, um die Auswirkungen eines potenziellen Medikaments genauer zu simulieren, bevor sie es am Menschen testen, wodurch Unternehmen Millionen von Dollar eingespart werden.

Die Systembiologie ist erst vor kurzem durch die Entwicklung einer Reihe neuer Labortools machbar geworden – von ausgeklügelten Proteinidentifizierungsmethoden bis hin zu Data-Mining-Software –, die es Forschern ermöglicht, riesige Datenmengen zu verarbeiten. Beyond Genomics zum Beispiel sammelt Proben wie Blut, Gewebe oder Gehirnflüssigkeit und verwendet dann eine Reihe neu entwickelter Analysetools, um die wichtigsten Gene, Proteine ​​und kleineren Moleküle zu identifizieren, die sich bei gesunden und kranken Patienten unterschiedlich verhalten. Und anstatt jede Art von Molekül in einer Probe zu identifizieren - das wäre eine gewaltige Aufgabe, sagt Adourian -, konzentriert sich das Unternehmen nur auf diejenigen, die anscheinend an Krankheiten beteiligt sind.

Die neuen Daten werden dann mit Informationen aus öffentlichen Datenbanken kombiniert und in einen Computer eingespeist, der die möglichen Wechselwirkungen zwischen den Molekülen abbildet. Dies ermöglicht es dem Unternehmen, Moleküle, die wahrscheinlich gute Angriffspunkte für neue Medikamente darstellen, innerhalb weniger Wochen zu erkennen, im Gegensatz zu den Jahren, die herkömmliche Methoden benötigen könnten.

Sogar eine einzelne Zelle ist ein äußerst komplexes System, das mit Tausenden von Molekülen gefüllt ist, die Forscher noch identifizieren müssen. Und es könnte mehr als ein Jahrzehnt dauern, bis die Systembiologie in der Lage ist, ein genaues Modell all dieser interagierenden Elemente in einer Zelle zu konstruieren. Doch während sich der Ansatz weiterentwickelt und Datenbanken zu Genen, Proteinen und anderen Faktoren weiter wachsen, werden die Forscher diesem Ziel näher kommen – und selbst ein teilweises Verständnis könnte den Prozess der Wirkstoffforschung erheblich unterstützen. Ich denke, es gibt in der Biotechnologie ziemlich aufregende Möglichkeiten für Unternehmen, die sich der Systembiologie richtig widmen, sagt Hood und erkennt die technischen Herausforderungen an, die dieser facettenreichen Forschung innewohnen.

Irgendwann möchten Forscher noch komplexere Systeme als die Zelle betrachten. Eines Tages könnte die Systembiologie es ermöglichen, ein Organ wie ein Herz und letztendlich einen ganzen Organismus zu modellieren. Dann würde der Begriff ganzheitliches Heilen eine ganz neue Bedeutung bekommen.

Das große Bild
Unternehmen, die Systembiologie nutzen

Institut/Firma Ort Fokus Institute for Systems Biology Seattle, WA Verstehen der menschlichen Physiologie und Krankheit Beyond Genomics Waltham, MA Identifizierung neuer Wirkstoffziele Lilly Center for Systems Biology Singapore Entwicklung neuer Wirkstoffe SurroMed Mountain View, CA Gewinnung mehrerer biologischer Daten für neue Wirkstoffziele Alliance for Cellular Signaling Dallas, TX Kartieren Sie alle Wechselwirkungen zwischen Proteinen in einer Zelle

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