Leben im Rechner
24.07.12 – Robert Thielicke
Wie ein virtuelles Spiegelbild liegen erstmals die gesamten Stoffwechselvorgänge eines Bakterium auf einem Rechner (Illustration von Erik Jacobsen / Covert Lab)
Das erste Computermodell eines Organismus ist erschaffen. Ein Team um Markus Covert von der US-amerikanischen Stanford-University simulierte den gesamten Stoffwechsel des Bakteriums Mycoplasma genitalium auf einem Rechner.
„Das hilft uns, die Biologie besser zu verstehen“, erklärt einer der Mitarbeiter, Biophysiker Jonathan Karr. James Anderson von den National Institutes of Health sieht gar einen „umwälzend neuen Ansatz für Diagnose- und Therapiemöglichkeiten von Krankheiten“. Fortan müssten Fortscher nicht mehr mühsam im Labor einzelne Gene ausschalten, um den Stoffwechselfunktionen auf den Grund zu gehen. Ein vergleichsweise einfacher Eingriff in das Simulationsprogramm würde reichen.
Um dies zu ermöglichen, waren riesige Datenmengen zu verarbeiten. Die Forscher hatten Informationen aus 900 wissenschaftlichen Studien zusammengetragen, um jede molekulare Interaktion in dem Einzeller erfassen zu können. Am Ende flossen mehr als 1900 Stoffwechselvorgänge in das Programm.
Dabei hatte es Mycoplasma genitalium ihnen noch vergleichsweise einfach gemacht. Der Parasit aus dem menschlichen Urogenitaltrakt besitzt mit 525 Genen das kleinste Erbgut unter allen bekannten frei lebenden Organismen. E. coli demgegenüber hat 4288 Gene. Seine Einfachheit macht Mycoplasma daher auch zu einem beliebten Studienobjekt. Genforscher Craig Venter beispielsweise baute mit ihm als Vorlage sein erstes künstliches Erbgut. 2010 schleuste er den DNA-Strang in den Einzeller ein und erschuf so das erste synthetische Lebewesen.
Die Stanford-Forscher nun wollen derartige Experimente künftig weit einfacher machen. Sie hoffen auf eine Art biologischer CAD-Software. In der Industrie ermöglichte Computer Aided Design zur Herstellung völlig neuer Produkte, bald soll seine biologische Variante dazu dienen, am Rechner bisher unbekannte Lebewesen zu entwerfen – und sie anschließend im Labor nachzubauen.
Bis dahin ist es allerdings noch ein weiter Weg. Noch überfordern die komplexen Wechselwirkungen höherer Organismen jeden Rechner heillos. Besonders die medizinisch so wichtige Simulation des menschlichen Stoffwechsels ist derzeit noch reine Zukunftsmusik. In der Dimension wäre es das „möglicherweise nächste Humangenomprojekt“, meint Biophysiker Karr in Anspielung auf die Entschlüsselung des menschlichen Erbguts. Andererseits: Am Ende ging auch das weit schneller als gedacht.
