EU-Wettbewerb Operation am virtuellen Patienten

Von Jana Schlütter 

Kandidat für die Milliardenförderung der EU: Ein Team von Medizinern und Informatikern will Menschen mit allen Organen und allen Zellen im Computer nachbilden. Die virtuellen Patienten sollen helfen, Therapien zu verbessern.

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Stuttgart - Die Medizin wartet auf eine Revolution. Bald sei sie da, munkelt man. Dann werde man die „erblichen Faktoren jeden Leidens aufdecken“ und voraussagen, ob und wann jemand krank wird, und die „Therapie an den individuellen Patienten anpassen“. Das versprach der Genetiker Francis Collins 1999, als es darum ging, zum ersten Mal das Erbgut eines Menschen komplett zu entziffern. Doch die Revolution lässt auf sich warten. Die Gene nur zu lesen reicht nicht. Man muss die Datenflut auch interpretieren.

Hans Lehrach, Direktor am Max-Planck-Institut für molekulare Genetik in Berlin, zeigt auf ein Bild in seinem Büro. Es ähnelt einer verwirrend detaillierten Straßenkarte. „Das ist die Zukunft der Medizin“, sagt er. Die Karte ist ein Schnappschuss eines Computermodells. Es fasst das bisherige Wissen über die Vorgänge in Krebszellen zusammen. Jede Straße steht für einen Signalweg. Forscher können die Karte an den Tumor eines bestimmten Patienten anpassen – je nachdem, welche Sperrungen, Baustellen und Umleitungen in seinen Zellen auftauchen. „Auf dieser Grundlage können Ärzte Krebs besser behandeln“, sagt Lehrach. Er will nun weitergehen und „virtuelle Patienten“ bauen – einen digitalen Zwilling für jeden Menschen, der von den Signalwegen in der Zelle über die einzelnen Organe bis hin zum ganzen Körper alle Vorgänge simuliert.

Auch die Entwicklung neuer Medikamente könnte profitieren

Das Modell würde nicht nur mit der Fachliteratur über Anatomie, Physiologie und Molekularbiologie des Menschen gefüttert, sondern auch mit dem Erbgut des Patienten und mit Informationen darüber, welche bakteriellen Untermieter er in sich trägt. Noch ist das Zukunftsmusik, aber Lehrach hat gute Chancen, sie mit einer Milliarde Euro zum Klingen zu bringen. Mehr als 100 internationale Partner aus Universitäten, Pharmafirmen und IT-Unternehmen hat er im Projekt „IT Future of Medicine“ (Zukunft der Medizin in der Informationstechnologie) zusammengeführt und sich damit um eine gigantische Förderung der EU-Kommission beworben.

Zwei futuristische Flaggschiff-Projekte, die IT-Lösungen für gesellschaftlich relevante Probleme entwickeln, sollen zehn Jahre lang jeweils 100 Millionen Euro pro Jahr bekommen. Eine Milliarde pro Projekt, zur Hälfte aus EU-Geldern, zur Hälfte von den Mitgliedstaaten oder anderen Geldgebern finanziert. Sechs Ideen sind noch im Rennen, nur Lehrachs kommt aus Deutschland. Am Montag wird die Entscheidung erwartet.

Geht es nach Lehrach, so wird in Zukunft das Blut eines Neugeborenen nicht nur auf einzelne Krankheiten überprüft, sondern das ganze Genom gelesen. Mit der Krankengeschichte der Eltern wäre das eine erste Blaupause für den virtuellen Zwilling. Er wächst und altert dann mit dem realen Menschen. Jeder Besuch beim Arzt ist gleichzeitig ein Update für die Computersimulation. Sie warnt, wenn der Mensch krank werden könnte. Lässt sich die Krankheit nicht verhindern, kann der Arzt am Modell Wirkstoffe testen und sich so für das beste Medikament entscheiden.

In großen Unikliniken soll das Modell zunächst helfen, Krebs, Herz-Kreislauf- und Infektionskrankheiten sowie seltene Erkrankungen zu diagnostizieren und zu behandeln, erläutert Kurt Zatloukal, Pathologe an der Medizinischen Universität Graz und Koordinator der medizinischen Plattform des Projekts. „Wichtig sind die virtuellen Patienten auch für die Entwicklung von Medikamenten“, sagt er. Die sei im Moment nicht effizient. „Einen Wirkstoff bis zur Zulassung zu bringen kostet so viel wie eine A380. Aber niemand würde einfach einen Airbus bauen und dann erst schauen, ob er abheben und landen kann. Bei Wirkstoffen dagegen bauen wir quasi einen Prototypen nach dem anderen.“

Ein Forscher hat es an sich selber schon ausprobiert

Lehrachs Projekt klingt nach Science-Fiction. Doch auch andere versuchen, die Datenflut der modernen Lebenswissenschaften nutzbar zu machen und der personalisierten Medizin den Weg zu ebnen. Der Genetiker Michael Snyder von der Stanford-Universität ist überzeugt, dass Zehntausende von Puzzleteilen ein genaueres Bild von der Gesundheit eines Menschen liefern als die etwa 20 Werte, die derzeit bei einem Arzttermin getestet werden. „Es ist der Unterschied zwischen einem Schnappschuss und einem Spielfilm in 3-D“, sagt er. Verteilt über 14 Monate hat er 20-mal sein Blut untersucht und fast 20.000 Erbgutabschriften von etwa 12.000 Genen sowie etwa 1000 Stoffwechselprodukte und 6000 Signalmoleküle aufgeschlüsselt. Zusätzlich hat er sein Immunsystem dabei beobachtet, wie es sich gegen zwei Virusinfektionen wehrte, schrieb er im Fachjournal „Cell“.

Als Snyder sein Erbgut auswertete, fand er unter anderem ein erhöhtes Risiko für Typ-2-Diabetes. Das beunruhigte ihn nicht. Kein Familienmitglied hatte jemals an der Krankheit gelitten, er hatte kein Übergewicht und lebte gesund. Trotzdem behielt Snyder seinen Blutzuckerspiegel im Blick. Am Tag 301, zwölf Tage nach der zweiten Infektion mit Erkältungsviren, schossen seine Blutzuckerwerte in die Höhe. Er ging zum Arzt. Zwei Monate später stand die Diagnose fest: Typ-2-Diabetes. Der Forscher passte seine Lebensweise an, bevor die Krankheit Schaden anrichten konnte. „Normalerweise wäre der Diabetes ein bis zwei Jahre unentdeckt geblieben. Durch unsere Studie muss ich nicht einmal Medikamente nehmen“, sagt Snyder.

Noch sind derart aufwendige Untersuchungen teuer. Doch die Technik entwickelt sich rasant. Die britische Firma Oxford Nanopore Technologies, die sich an Lehrachs Projekt beteiligen will, hat für dieses Jahr angekündigt, ein menschliches Genom in 15 Minuten und für 1000 Dollar entschlüsseln zu können. Die erste Entzifferung des Genoms dauerte zehn Jahre und verschlang drei Milliarden US-Dollar.

Bernd Timmermann vom Max-Planck-Institut für molekulare Genetik beeindruckt das aber nicht. „Da werden Zeit und Kosten zur Vorbereitung der Proben und für die Bioinformatik ausgeblendet“, sagt er. Schnelligkeit sei nicht alles, entscheidender sei eine niedrige Fehlerrate.

Angesichts der Menge persönlicher Daten, die im Projekt über Ländergrenzen hinweg ausgetauscht werden, müssen Forschungsfreiheit und das Recht der Patienten auf Privatsphäre ausbalanciert werden. „Nach den Regeln der EU müssen die Daten grundsätzlich anonymisiert werden – es sei denn, sie werden gebraucht, um dem Patienten zu helfen“, sagt Paolo Balboni. Seine Anwaltskanzlei berät Lehrachs Projekt. „Wir brauchen also Filter, die allgemeine Informationen für Außenstehende zugänglich machen und die persönlichen Daten bestmöglich schützen.“

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