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Bioinformatik, Ergebnisse Doktorarbeit
Meik Kunz mit seinem Doktor­va­ter Thomas Dande­kar vor einem Poster mit den Ergeb­nis­sen seiner Doktor­ar­beit.Bild: Uni Würzburg

Lungen­krebs endet meistens tödlich. Darum wird inten­siv an neuen Thera­pien geforscht. Wobei Lungen­krebs nicht gleich Lungen­krebs ist: Es gibt verschie­dene Formen; eine davon ist das nicht-klein­zellige Lungen­kar­zi­nom. „Das wiederum existiert in verschie­de­nen Unter­ar­ten“, erläu­tert der Würzbur­ger Bioin­for­ma­ti­ker Meik Kunz. In seiner Doktor­ar­beit hat er sich mit der Frage beschäf­tigt, inwie­weit es mit Hilfe des Compu­ters möglich ist, Lungen­krebs­pa­ti­en­ten besser zu behandeln.

Meik Kunz stammt aus Auerbach im sächsi­schen Vogtland­kreis. 2010 kam er an die Uni Würzburg, um Biolo­gie zu studie­ren. „Mein Ziel war es von Anfang an, in die Tumor­for­schung zu gehen“, erklärt der 29-Jährige. Das Thema „Krebs“ inter­es­sierte ihn deshalb, weil er in seinem Bekann­ten- und Verwand­ten­kreis mehrere Krebs­er­kran­kun­gen miter­lebt hatte. Während des Studi­ums kam er dann in Berüh­rung mit dem Fach Bioin­for­ma­tik. Das faszi­nierte ihn: „Mit dem Compu­ter ist es viel schnel­ler möglich als im Labor, biolo­gi­sche Prozesse zu ergründen.“

Mit drei Tumor­mo­del­len gearbeitet

Nach seinem Master­ab­schluss 2013 begann Kunz seine insge­samt dreijäh­ri­gen Forschun­gen mit dem Ziel der Promo­tion. Im Mittel­punkt standen Lungen­kar­zi­nome mit drei verschie­de­nen Mutati­ons­pro­fi­len. An drei Tumor­mo­del­len testete Meik Kunz ein bereits in der Klinik verwen­de­tes Medika­ment sowie einen in der Entwick­lung befind­li­chen Thera­pie­an­satz gegen Lungenkrebs.

Auf der Basis von Laborda­ten gelang es dem jungen Wissen­schaft­ler, das Verhal­ten von Lungen­tu­mo­ren am Compu­ter abzubil­den. Was eine äußerst kompli­zierte Angele­gen­heit ist: Hunderte biolo­gi­sche Moleküle haben Einfluss darauf, wie sich ein Tumor verhält, und an jeder Stelle ihrer Aktivi­tät kann es theore­tisch zu Fehlre­gu­lie­run­gen kommen – mit dem Ergeb­nis, dass dauer­haft ein falsches Signal weiter­ge­lei­tet wird und zu einem unkon­trol­lier­ten Zellwachs­tum führt.

Daten aus der Krebs­for­schung als Basis

Mit Hilfe des Compu­ters lässt sich laut Kunz heraus­fin­den, an welcher Stelle in einem komple­xen Tumor Fehlin­for­ma­tio­nen weiter­ge­lei­tet werden. Das wiederum sei die Voraus­set­zung dafür, eine passende Thera­pie zu finden, die das weitere Wachsen des Tumors stoppt.

Für seine Model­lie­run­gen fütterte Kunz den Compu­ter mit vielen tausend Daten aus der Krebs­for­schung. Beson­ders wichtig für seine bioin­for­ma­ti­sche Signal­weg-Analyse waren Daten aus Experi­men­ten mit einem Tumor­mo­dell, das am Lehrstuhl für Tissue Enginee­ring des Würzbur­ger Univer­si­täts­kli­ni­kums entwi­ckelt wurde. Kunz erfuhr dadurch, welche Gene bei den drei Tumor­ar­ten nicht richtig reguliert waren. Am Compu­ter konnte er die konkrete Signal­wir­kung abbil­den und zeigen, „wie die einzel­nen Kompo­nen­ten zusammenhängen.“

Akribi­sche Vorge­hens­weise nötig

Das zu wissen ist wichtig, um am Rechner Erkennt­nisse darüber zu gewin­nen, wie eine medika­men­töse Behand­lung im konkre­ten Fall anspre­chen wird. Aus seinen Compu­ter­mo­del­len erkannte Meik Kunz, welcher „Patient“ von welchem Thera­pie­an­satz profi­tie­ren und wo es zu Resis­ten­zen gegen die Behand­lung kommen würde. Weiter war es ihm möglich, exakt darzu­stel­len, wie die Thera­pie nach Beginn der Medika­men­ten­gabe verläuft.

Das klingt simpel. Doch wenn man Tumor­zel­len unter­sucht, muss man laut Kunz höchst akribisch vorge­hen. „Bin ich beispiels­weise beim Zusam­men­stel­len der Kompo­nen­ten unvor­sich­tig und übersehe einen wichti­gen Partner, werden alle weite­ren Ergeb­nisse und folglich Thera­pie­an­sätze falsch“, erklärt er. Bioin­for­ma­tik heiße nun einmal nicht, ledig­lich auf einen Knopf zu drücken. Der Versuch, die Fehlre­gu­lie­run­gen einer bestimm­ten Zelle zu analy­sie­ren, sei „harte Arbeit“.

Anwend­bar auch für andere Gebiete

Der innova­tive Analy­se­an­satz des jungen Bioin­for­ma­ti­kers helfe an der Schnitt­stelle zwischen Labor und Klinik, erläu­tert Doktor­va­ter Profes­sor Thomas Dande­kar, Inhaber des Lehrstuhls für Bioin­for­ma­tik an der Univer­si­tät Würzburg. Dass die experi­men­tell gewon­ne­nen Labor­er­geb­nisse in ein Compu­ter­mo­dell münde­ten, mit dem sich neue Thera­pie­an­sätze überprü­fen lassen, erspare Tierver­su­che. Und es beschleu­nige den Trans­fer in die Klinik, da es am Compu­ter viel schnel­ler möglich sei als per Hand, Daten zu gewin­nen und auszuwerten.

Was Meik Kunz entwi­ckelt hat, soll in Zukunft nicht nur Lungen­krebs­pa­ti­en­ten zu Gute kommen. Die weitere Forschungs­ar­beit des promo­vier­ten Biolo­gen könnte auch anderen Patien­ten helfen. „Ich habe das Poten­zial meines Ansat­zes auch für Herz-Kreis­lauf-Erkran­kun­gen unter­sucht“, erklärt er. Und sogar im Pflan­zen­schutz wäre eine Anwen­dung denkbar: „Mit meinen Analy­sen kann ich auch abbil­den, wie Krank­heits­er­re­ger die Netzwerke der pflanz­li­chen Immun­ab­wehr beeinflussen.“

Quelle: idw