Systembiologie der Krankheit

Dank der Fortschritte in der medizinischen Forschung wissen wir, dass Krankheiten aufgrund von pathobiologischen Prozessen in komplexen Netzwerken entstehen. Die Forschungsgruppe SBI wendet rechnergestützte Datenintegrationsansätze an und verbindet dabei klinische und phänotypische Daten mit molekularen Daten, insbesondere Exom- und Transkriptominformationen. Ein wichtiges Ziel dabei ist es, den Beitrag genetischer Veranlagung zur Wirksamkeit von Medikamenten bei verschiedenen Patienten aufzuklären. Dies spielt unter anderem eine wichtige Rolle bei der Entwicklung der personalisierten Medizin. Durch Längsschnittuntersuchungen des Exoms von heterogenen Tumoren können wir die Zahl der Sequenzen, die für eine funktionelle Validierung benötigt werden, deutlich reduzieren. Ein weiterer Schwerpunkt liegt darauf, die Komplexität verschiedener biochemischer Netzwerke auf verschiedenen Ebenen mittels RNA-Sequenzierung zu untersuchen. Dadurch soll die Entstehung von Stoffwechselerkrankungen, insbesondere von Krankheiten mit Bezug zur Energiespeicherung, aufgeklärt werden.

Die Systembiologie von Pilzinfektionen zielt darauf ab, die Wechselwirkungen zwischen dem Wirt, speziell dem Immunsystem, und Teilen der Pilzerreger zu entschlüsseln, indem zwei Interaktionsnetzwerke untersucht werden. Genregulatorische Netzwerke wurden und werden rekonstruiert (inferiert), aufbauend auf der Auswertung von Hochdurchsatzdaten und der Integration von Vorwissen. Netzwerkinferenz möglicht die gleichzeitige Einbeziehung von  Genexpressionsdaten und Sequenzinformationen der Promotoren. Im Ergebnis kann somit ein Satz an möglichen Zielgenen vorhergesagt werden, die möglicherweise für die Interaktion der Erreger mit dem Wirt verantwortlich sind. Diese Information kann dann wiederum als Ausgangspunkt dienen, um die Wirtsantwort auf den Angriff durch den Krankheitserreger zu untersuchen.

Ernährung

Ernährung ist einer der Eckpunkte der menschlichen Umgebung. Das Verständnis dafür, wie Nahrung die Stoffwechselregulation beeinflusst und wie Eingriffe in die Ernährung die Gesundheit verbessern können, ist eine zentrale wissenschaftliche Fragestellung. Darüber hinaus hat die Ernährungsweise einen großen Einfluss auf die gesamte Lebensqualität, der weit über die Vermeidung von Krankheiten hinausgeht. Die Ernährungsweise ist vielmehr essentiell für die individuelle Leistungsfähigkeit und Lebensfreude. Obwohl die personalisierte Ernährung als logisch nächster Schritt erscheint – vergleichbar zum Übergang von Pharmakologie zur personalisierten Medizin – stellt dies eine enorme Herausforderung dar. Die meisten Lebensmittel bestehen aus Hunderten von bioaktiven Stoffen, die zudem häufig miteinander interagieren. Außerdem liegen die Zielstrukturen in unterschiedlichen Konzentrationen vor und verschiedene Zielstrukturen haben unterschiedliche Affinitäten und Spezifitäten. Bedauerlicherweise sind Ernährungsstudien meist nicht für Mechanismus-orientierte klinische Studien ausgelegt, und über die molekularen Zielstrukturen ist wenig bekannt. Unsere Forschungsgruppe verbindet Textmining, Chemoinformatik und Netzwerkbiologie, um umfassende Ernährungsanalysen durchzuführen, welche die synergistischen Wechselwirkungen zwischen kleinen Molekülen, die zu spezifischen Phänotypen führen, aufklären. Wir hoffen, so zu einer personalisierten Ernährung beizutragen.