Systembiologie in der Nephrologie: Ein Bild komplexer und dynamischer Netzwerke schaffen

Die Datenströme aus den Laboratorien der Genetiker und Molekularbiologen sind in den letzten Jahren zu einer Springflut angewachsen. Die 25 Forschergruppen aus 15 Ländern, die in einem kurz SysKid genannten großen integrierten Forschungsprojekt der EU seit fünf Monaten zusammenarbeiten, wollen diese auf dem Gebiet der Nephrologie mit Hilfe des Instrumentariums der Systembiologie kanalisieren, miteinander verknüpfen und für die medizinische Forschung nutzbar machen.

Genomics

»In den letzten Jahren wurden mit Hilfe sogenannter Assoziationsstudien zahlreiche Gene entdeckt, die bei der Entstehung chronischer Nierenerkrankungen eine Rolle spielen«, erklärt Professor Rainer Oberbauer von der Medizinischen Universität Wien. Der Einfluss dieser Gene ist jedoch unterschiedlich stark. Sie beeinflussen sich gegenseitig und werden zusätzlich von äußeren Faktoren beeinflusst – das typische Muster einer »multifaktoriellen Erkrankung«. Die Prozesse bei der Entstehung chronischer Nierenerkrankungen sind wesentlich komplexer als gemeinhin angenommen. Nicht zuletzt deshalb ist der Verlauf einer Nierenerkrankung und ihr Ansprechen auf eine Therapie nur begrenzt vorhersagbar. »Unser Ziel muss es daher sein, jene Prozesse zu diagnostizieren, die bei einem individuellen Patienten die Erkrankung verursachen, und diese gezielt zu behandeln«, , sagt Oberbauer.

Transcriptomics

»Die Analyse der in den genetischen Botenstoff RNA überschriebenen genetischen Informationen zeigt deutlich, dass das Denken in Einzelfaktoren – ein Gen ist für eine Erkrankung verantwortlich – für die überwiegende Mehrzahl der Krankheiten keine Bedeutung hat«, sagt Prof. Dr. Gert Mayer von der Medizinischen Universität Innsbruck. Vielmehr veränderten sich, so der Nephrologe weiter, ganze Netzwerke. »Man kann davon ausgehen, dass Krankheiten meist auf ein Ungleichgewicht zwischen »schützenden« und »schädigenden« Netzwerken zurückzuführen sind«, beschreibt Mayer einen neuen Denkansatz der Wissenschaftler. Sogar chronische Erkrankungen seien als eine Art »Gleichgewichtszustand« zwischen Schutz und Schädigung zu sehen, was auch bei der Therapie beachtet werden müsste.

Um solche Hypothesen zu überprüfen, müssen die Forscher die Fülle der Daten, welche die Analysen von Genen und Proteinen liefern, ordnen und auf ihre Signifikanz zu überprüfen. Dazu bedarf es nicht nur komplexer bioinformatischer und systembiologischer Verfahren. »Letztendlich wird es auch notwendig sein«, sagt Gert Mayer, »die Ergebnisse, die diese neuen Techniken liefern, in konventionellen Systemen zu testen.«

Proteomics

Dies haben SysKid-Forschergruppen in einem Bereich bereits getan, wie Professor Harald Mischak von der Biotech-Firma mosaiques diagnostics GmbH in Hannover auf dem Nierenkongress in München berichtet. Zusammen mit Ärzten in Dänemark und Australien analysierte Mischaks Team das Muster bestimmter Eiweißstoffe, sogenannter Biomarker, in Urinproben von Diabetes-Patienten, welche die Ärzte im Rahmen einer Langzeitstudie über viele Jahre hinweg gesammelt und zu Forschungszwecken eingefroren hatten. Die Wissenschaftler konnten zeigen, dass sich eine Nierenerkrankung bereits in sehr frühen Stadien durch eine Veränderung des Proteinmusters im Urin abzeichnet, lange bevor konventionelle Untersuchungen erste Hinweise liefern. Mischak: »Durch die Einleitung einer gezielten Therapie in diesem frühen Stadium kann der Ausbruch der Krankheit erheblich hinausgezögert oder sogar verhindert werden.«

Systembiologie

»Zwar sind wir optimistisch, dass die ‘Omics-Revolution’ jene Datensätze liefern wird, die es uns ermöglichen, selbst komplexe Erkrankungen zu analysieren«, sagt Dr. Bernd Mayer, geschäftsführender Partner der F&E-Firma emergentec biodevelopment GmbH, Wien, der mit seinem Team SysKid koordiniert. Doch ebenso ist Mayer überzeugt, dass die Forscher zunächst noch ihre Hausaufgaben machen müssen, um das Management und die Integration bereits vorhandener und neuer Daten mit Hilfe der Bioinformatik zu optimieren: »Die Methoden-Entwicklung spielt daher bei SysKid eine wichtige Rolle.« Denn noch steckt die Systembiologie, die durch neue Einsichten in vernetzte und dynamische Lebensprozesse ein komplexes Puzzle zusammenfügen will, in den Anfängen. »Ich bin aber zuversichtlich«, wagt Mayer einen Ausblick, »dass die Systembiologie die klinischen Forschung in der Zukunft stark beeinflussen und die Bioinformatik mit ihren vielfältigen Möglichkeiten zur Analyse und Integration von Daten dabei eine große Rolle spielen wird.«

Über chronische Nierenerkrankungen: Chronische Nierenerkrankungen gehören zu den »stillen« Leiden. In Europa sind etwa zehn Prozent der Bevölkerung betroffen. Zumeist ist die Nierenschwäche die Folge von Diabetes und Bluthochdruck. Schätzungsweise 20 bis 40 Prozent der Diabetiker entwickeln im Laufe ihrer Erkrankung Nierenschäden, ein Drittel der Patienten, die eine Dialyse (Blutwäsche) benötigen, sind zuckerkrank. Und schon in der Frühphase von Bluthochdruck haben 17 Prozent der Patienten bereits eine Nierenschwäche, wie eine aktuelle US-amerikanische Studie zeigt.

»Omics« und »Systembiologie« in der Nephrologie: Darum geht es
»Nur dann, wenn wir beginnen, in Netzwerken zu denken und die Zelle, das Organ, den Organismus als dynamisches System zu sehen, welches versucht (und auch viele Möglichkeiten hat) sich in einem stabilen Gleichgewicht zu halten, werden wir jene Fortschritte machen, die nötig sind, um neue dia-gnostische, präventive und therapeutische Strategien gegen chronische Nierenerkrankungen zu entwickeln.«
Univ.-Prof. Dr. Gert Mayer, Medizinische Universität Innsbruck,
Univ.-Klinik für Innere Medizin IV, Nephrologie und Hypertensiologie

Über SysKid

SysKid ist ein interdisziplinäres Forschungsprojekt: Mediziner, Statistiker, Epidemiologen, Molekularbiologen und Bioinformatiker von Universitätskliniken, Forschungsinstituten und Biotech-Unternehmen arbeiten zusammen. Dem Konsortium gehören 25 Forschergruppen aus 15 Ländern an: Belgien, Dänemark, Deutschland, Frankreich, Großbritannien, Irland, Israel, Italien, Niederlande, Österreich, Polen, Schweiz, Spanien, Ungarn und USA. Das Forschungsprojekt hat eine Laufzeit von fünf Jahren. Es wird von der Europäischen Union mit 11,8 Millionen Euro aus dem Rahmenprogramm 7 (FP7) gefördert, das gesamte Projektvolumen beträgt rund 16 Millionen Euro.

Pressestelle: Barbara Ritzert · ProScience Communications GmbH · Andechser Weg 17 · 82343 Pöcking · Fon: +49 (08)157 9397-0 · Fax: +49 (08)157 9397-97 · ritzert@proscience-com.de
Während der Tagung · Mobil:+49 172 8623636 oder +49 151 12043311 · media@syskid.eu · www.syskid.eu
(idw, 06/2010)

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