Zeitung Heute : Krankheitsdetektive mit mathematischer Lupe

Proteinmuster oder „molekulare Fingerabdrücke“ könnten die Früherkennung von Krankheiten revolutionieren

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„Ihr Blutbild ist in Ordnung!“ So lautet die Auskunft des Arztes, wenn die Werte für Cholesterin, Harnsäure oder Blutzucker im Normbereich liegen. Doch die medizinische Forschung arbeitet längst an einer völlig neuen Methode der Krankheitsfrüherkennung: dem Proteom-Test. Damit sollen einmal Krankheiten erkannt werden, lange bevor sie eingetreten sind.

Proteom meint die Gesamtheit aller Proteine im menschlichen Körper. An allen körperlichen Prozessen, beim Haarwuchs oder bei krankhaften Entwicklungen wie Rheuma oder Allergie, sind Proteine beteiligt. In jedem Blutstropfen schwimmt ein vielfältiges Gemisch dieser Eiweiße; Art und Menge variieren von Mensch zu Mensch. So wie jeder von uns über einen einmaligen „molekularen Fingerabdruck“ verfügt, haben auch Krankheiten ein für sie charakteristisches Proteinmuster, auch sie haben ihren „Fingerabdruck“. Hier setzt die Forschung an.

Um den „Fingerabdruck“ einer Krankheit im Blut zu erkennen, müssen die Proteinmuster von Kranken mit den Mustern von Gesunden verglichen und herausdestilliert werden. Vor zwei Jahren untersuchte eine Gruppe von Wissenschaftlern um Professor Joachim Thiery an der Universitätsklinik Leipzig Blut von 800 gesunden Probanden. Ziel war es zunächst, neue Referenzwerte für gesunde Personen festzulegen. Zusätzlich zur herkömmlichen Blutuntersuchung wurde die Massenspektrometrie eingesetzt, ein Verfahren zur Analyse chemischer Verbindungen. In den daraus erhaltenen Diagrammen sind Informationen aller Eiweißverbindungen einer Probe in Form so genannter Spektren dargestellt.

Um die Identifikation von Proteinmustern in den Spektren zu ermöglichen, haben sich Mathematiker, Informatiker und Mediziner der Freien Universität Berlin, des DFG-Forschungszentrums „Matheon“, der Universitätsklinik Leipzig und Microsoft Reasearch zu einem interdisziplinären Forschungsverbund zusammengeschlossen. Die Wissenschaftler haben dabei neue Wege beschritten: „Wir vergleichen alle Rohdaten der Leipziger Blutuntersuchungen, etwa 12 000 Spektren, miteinander und bewerten jede einzelne Information der Diagramme“, erklärt Christof Schütte den Ansatz der Forschergruppe. Er ist Projektleiter im Matheon und Professor für Mathematik an der Freien Universität Berlin, wo er die „Bio Computing Group“ leitet. Sein Mitarbeiter Tim Conrad, Bioinformatiker der Freien Universität, ergänzt: „Wir legen tausende dieser Spektren übereinander, um charakteristische Muster zu entdecken, und registrieren sie.“ Der entscheidende Schritt war die Erkenntnis, das verlässliche Aussagen nur mit dem Einsatz neuester statistischer Verfahren zu erzielen sind. Computer sollen durch den Vergleich der riesigen Datenmengen Muster erkennen, sich überlagernde Muster voneinander trennen und die statistische Sicherheit der Mustererkennung bewerten. Erste Ergebnisse zeigen, dass sich die Auflösung dieser „mathematischen Lupe“, die in Berlin entwickelt wurde, erheblich verbessert hat. Mit ihr wird eine „Vergrößerung“ erreicht, die bis zu 250 Mal besser ist als bei der bisher erhältlichen Software.

Die vielen ausgewerteten Daten gesunder Personen bilden ein wichtiges Fundament für die weitere Arbeit. Den Forschern ist es gelungen, biologische Muster wie Geschlecht sowie die Unterscheidung zwischen Jung und Alt sicher zu erkennen. Im nächsten Schritt werden die Wissenschaftler die Rohdaten von Patienten untersuchen, die an Krebs erkrankt sind. Mit der verbesserten Lupe wird dann nach krankheitsverdächtigen „Fingerabdrücken“ gefahndet: Die neuen Proteinmuster werden mit den schon vorhandenen verglichen, um typische Übereinstimmungen oder Unterschiede festzustellen. Bis das Verfahren so exakt ist, dass das herkömmliche Blutbild in der medizinischen Praxis durch einen Proteom-Test ersetzt werden kann, der um ein Vielfaches günstiger und schneller ist, werden allerdings noch Jahre vergehen. Die Früherkennung einer Krankheit am „molekularen Fingerabdruck“ eines Patienten bleibt also noch Zukunftsmusik.

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