Bioinformatik, Ergebnisse Doktorarbeit
Meik Kunz mit sei­nem Dok­tor­va­ter Tho­mas Dan­de­kar vor einem Pos­ter mit den Ergeb­nis­sen sei­ner Dok­tor­ar­beit.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 „“ 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.“

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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 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 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.“