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Trendbericht zur ANALYTICA 2000 in München: Lesen im Buch des Lebens: Bioinformatik

München (ots) - Eine Verzehnfachung des Weltmarktes binnen der nächsten fünf Jahre sagen Experten einem der derzeit heißesten Innovationsthemen voraus - der Bioinformatik. Die Informationsflut, die sich allein aus der Entschlüsselung des menschlichen Erbguts mit seinen mehr als 3 Mrd. Bausteinen ergibt, wird ohne die Bioinformatik nicht zu bewältigen sein - darüber sind sich Wissenschaftler, Unternehmen wie Finanzexperten einig. Renommierte US-Unternehmensberatungsgesellschaften streiten allerdings noch über die absoluten Zahlen des Bioinformatik-Marktes: So schätzte Frost & Sullivan 1998 den Weltmarkt von biorelevanten Datenbanken, Software- und Hardwarewerkzeugen auf 220 bis 670 Mio. US$ und prognostizierte bis 2004 einen Anstieg auf 2,2 Mrd. US$. Die konkurrierende Stratetic Management Consulting Inc. bezifferte im Februar diesen Jahres den Markt auf 290 Mio US$ und schätzt das Marktvolumen im Jahre 2005 auf 1,2 Mrd. US$. Bioinformatik und die Entschlüsselung des Erbgutes Mit einem Umfang von rund drei Milliarden US-Dollar ist das 1990 offiziell gestartete Humangenom-Projekt das bislang größte Unterfangen in der Geschichte der Biologie: Es hat unter anderem zum Ziel, bis zum Jahr 2002 die vollständige, im Erbgut niedergelegte "Bauanleitung" des Menschen exakt zu entschlüsseln. Diese besteht aus einer Abfolge (Sequenz) von 3,2 Milliarden vier verschiedener Grundbausteine, den sogenannten Nukleotiden, die nach neueren Schätzungen rund 140.000 Gene kodieren. Institute, Forscherallianzen und Unternehmen wollen die im Erbmaterial niedergelegte genetische Information "lesen" und verstehen, um grundlegende Mechanismen der Krankheitsentstehung zu entdecken und um zielgerichteter als bisher neue Wirkstoffe entwickeln zu können. Von der Entdeckung völlig neuer Ansatzpunkte für Medikamente und einer an der Ursache von Krankheiten ansetzenden Therapie verspricht sich die Pharmabranche mehrstellige Milliardengewinne. Experten sagen voraus, daß die im menschlichen Erbgut (fachsprachlich des "Genoms" oder der "DNA") verschlüsselte Information allein die Zahl der arzneimittelrelevanten Zielmoleküle verzwanzigfachen wird. Die sogenannten Genom-Projekte liefern aber nicht etwa ein Buch, aus dem sich dieser Bauplan des Lebens mühelos ablesen ließe, sondern den ununterbrochenen Text einer Abfolge von vier Buchstaben, die die (Nukleotid-) Bausteine des Erbmaterials DNA bezeichnen - Adenosin (A), Thymidin (T), Cytidin (C) und Guanosin (G). Diesen chiffrierten Text im Computer zu verwalten, ständig zu aktualisieren und in sinnvolle biologische Funktion zu übersetzen, das leistet die Bioinformatik. Sequenz-Datenverwaltung: Gigantische Datenbanken Durchschnittlich 19 neue Nukleotide pro Sekunde werden derzeit durch das Humangenom-Projekt ermittelt. Diese müssen in gigantischen Datenbanken abgelegt werden, damit Wissenschaftler weltweit auf die genetischen Informationen zugreifen können. Die Aktualisierung und Interpretation der Daten wird jedoch dadurch erschwert, daß in den ersten Jahren der Sequenzbestimmung die Basenabfolgen auf Registerkarten geschrieben und die später erzeugten Datenbanken nach gleichem Muster fortgeführt wurden: Es entstanden riesige Textdateien, die für eine Interpretation der Daten mit bioinformatischen Hilfsmitteln nicht ausreichend sind. Was gebraucht wird, ist ein sogenannter objektorientierter Datenbankansatz. Dieser schreibt Sequenzabfolgen, -anordnungen oder -kombinationen bestimmte Funktionen zu und ermöglicht die Vernetzung mit anderen biologischen Datenbanken, in denen zum Beispiel Informationen über die Aktivität von Genen (Transkriptom-Datenbanken) und Proteinen (Proteom-Datenbanken) unter definierten Bedingungen, Proteinstrukturen etc. abgelegt sind. Dieses "Umschreiben" hat eine Vielzahl verschiedener funktionsbezogener Datenbanken entstehen lassen, die eine Interpretation der Basenabfolgen zum Ziel haben. So gibt es unterdessen Datenbanken ·für krankheitsrelevante Erbgutvariationen (single nucleotide polymorphisms = SNPs), ·zur Identifizierung und zum Vergleich von Genen, ·zur Identifizierung Gen-regulatorischer Sequenzbereiche, ·zur Umrechnung der genetischen Information in Proteinsequenzen und zur Suche nach bestimmten Proteinbereichen sowie -eigenschaften auf Basis der Nukleotidsequenz, ·zur Evolution von Genen, ·zur Vernetzung genetischer Daten mit Stoffwechseldaten und viele mehr. Das genetische Alphabet verstehen: Funktionsannotation Das eigentliche wirtschaftliche Potential der Bioinformatik wird nicht in der Datenverwaltung, sondern in der Interpretation der Basensequenz gesehen - speziell in der Voraussage von Proteinfunktionen, die die Pharmaindustrie zur Identifizierung neuer Medikamenten-Angriffspunkte benötigt. Die Vorhersage von Genfunktionen (sog. Funktionsannotation) steht derzeit allerdings noch ganz am Anfang, profitiert aber davon, dass zahlreiche Genome anderer Lebewesen bereits vollständig sequenziert wurden. Durch Vergleich der Basenabfolgen (Sequenzvergleich) von Bakterien, Hefen, Fadenwürmern etc. mit denen des Menschen, lassen sich mögliche Genfunktionen auch beim Menschen ermitteln. Je ähnlicher die Sequenzen sind, desto näher sind die entsprechenden Gene stammesgeschichtlich miteinander verwandt und desto wahrscheinlicher wird auch eine ähnliche Funktion. Der Sequenzvergleich beschränkt sich jedoch nicht allein auf die Ebene der Gene. Die Abfolge der Proteinbausteine, der sogenannten Aminosäuren, läßt sich mit Hilfe entsprechender Software in Nukleotidsequenzen "zurückübersetzen". Die Bioinformatik nutzt diese Möglichkeit, um von Proteinen bekannter Funktion und Struktur auf die Gensequenz zurückzurechnen und diese dadurch zu identifizieren. Mehr noch: Entscheidende Proteinbereiche, zum Beispiel wirtschaftlich interessant erscheinender Enzyme, können auf genetischer Ebene identifiziert werden und sind somit einer Optimierung durch gezielte Genveränderung zugänglich. Die primäre Aufgabe der Bioinformatik bei der Funktionszuordnung besteht im Zusammentragen und Vernetzen unterschiedlichster biologischer Daten. Neben Protein- und DNA-Sequenzdaten werden zum Beispiel Daten über Stoffwechselfunktionen von Proteinen, über genetisch bedingte Erkrankungen, über die Aktivität von Genen unter bestimmten Bedingungen und die dreidimensionale Gestalt von Proteinen miteinander vernetzt. Neuere Rechenverfahren, sogenannte Algorithmen, zur Vorhersage von Proteinfunktionen nutzen diese erzeugte Datenfülle und greifen neben dem Sequenzvergleich auch andere Informationen auf (Nature 4. Nov. 1999, s. 83 ff.), wie etwa den Grad der stammesgeschichtlichen Verwandtschaft von Genen, ähnliche Genaktivitäten (Transkriptionsprofil) etc.. Strukturvorhersage von Proteinen: Medikamentenentwicklung per Computer? Neben der Funktionsvorhersage von Genen und Proteinen besteht eine wesentliche Aufgabe der Bioinformatik in der Etablierung neuer Algorithmen, die die Strukturvorhersage von Proteinen ermöglichen. Der eigentliche Schlüssel für die Funktion eines Proteins - und auch für seine Blockierung durch Medikamente (sog. Inhibitoren) - ist nicht seine Aminosäurekette, sondern die dreidimensionale Form, die es annimmt, die sogenannte Proteinstruktur. Aus der DNA-Sequenz kann lediglich die Information über die Proteinkette erhalten werden. Hat man es lediglich mit einem einzelnen Protein zu tun, so kann man mit aufwendigen Experimentiertechniken versuchen, die dreidimensionale Struktur zu ermitteln. Bei Dutzenden oder Hunderten von Proteinen ist dieser Weg zu zeit- und kostenintensiv. Hier bietet die Bioinformatik Rechenverfahren an, um die Struktur, zum Beispiel potentieller Medikamentenangriffspunkte (sog. Targets), zu simulieren. Ein derzeit praktisch mit bioinformatischen Methoden realisierbarer Weg zur Strukturvorhersage von Proteinen ist die sogenannte ähnlichkeitsbasierte Modellierung. Dabei wird die zu analysierende Aminosäurekette mit jeder der derzeit 7.000 bekannten Proteinstrukturen in einer Datenbank verglichen. Spezielle Algorithmen prüfen, inwieweit die Aminosäurekette und ihre Eigenschaften mit bekannten Strukturen und ihren Funktionen übereinstimmen. Ein Nachteil der Methode ist, dass sich mit ihr nur bereits bekannte Strukturmotive voraussagen lassen. Ebenso lassen sich mit bioinformatischen Methoden Bindungsvorgänge von Wirkstoffkandidaten an ein solches Zielmolekül simulieren (Molecular Docking). Dabei werden insbesondere energetische Wechselwirkungen berücksichtigt, um optimale Bindungspartner zu ermitteln. Sowohl die Strukturvorhersage sowie das Molecular Docking stehen jedoch noch ganz am Anfang. Darüber hinwegtäuschen können auch nicht neugegründete US-Firmen, die sich ausschließlich mit dem Entwurf neuer Medikamente am Bildschirm beschäftigen. Denn am Ende jedes Rechenvorganges stehen immer statistisch oder stochastisch errechnete Modellsubstanzen, deren Wirksamkeit ernst noch überprüft werden muss. Junge Firmen als Informationsdienstleister Einige Jahre nach Beginn der Genom-Projekte begann international eine bis heute nicht abreißende Welle von Gründungen junger Bioinformatikunternehmen sowie die Einrichtung entsprechender Abteilungen bei den großen forschenden Arzneimittelentwicklern. Zunächst etablierten sich im Zuge der Sequenzierungsprojekte private Datenbankanbieter, die aufgrund ihrer technischen Ausrüstung imstande waren, wesentlich schneller als die staatlich geförderten Sequenziergruppen zu arbeiten. Den Informationsvorsprung, der in verschiedensten kostenpflichtigen Datenbanken dokumentiert ist, lassen sich die vornehmlich US-amerikanischen Anbieter wie Celera, Human Genome Sciences oder Incyte Pharmaceuticals von den großen Pharmafirmen vergolden: ein Jahresabonnement für sämtliche Incyte-Datenbanken kostet beispielsweise derzeit rund 10 Mio US-$ pro Jahr. Eine zweite Welle von Firmengründungen, die bis heute anhält, etablierte Firmen, die sich vornehmlich mit der Entwicklung von Programmen zur Funktionsannotation befassen. In der Bundesrepublik Deutschland gibt es rund 30 junge Firmen, die meisten davon jünger als zwei Jahre. Softwarenamen wie etwa "Genschürfer" (Gene Prospector(r)) weisen darauf hin, dass diese zu den Anbietern zählen, die nach den Gen- und Proteinfunktionen fahnden. Einige präsentieren sich erstmals auch auf der ANALYTICA 2000 ( 11.- 14. April 2000) in München. Aufstieg einer jungen Branche und die Folgen: Nachwuchsprobleme Ein regelrechter Goldrausch und verlockende wirtschaftliche Perspektiven haben in der Bioinformatik-Szene weltweit zu einem großen Bedarf an qualifiziertem Nachwuchs geführt. Denn in den Anfangsjahren wurde der gesamte, geeignet erscheinende wissenschaftliche Nachwuchs von Unternehmen einfach weggekauft. "Anfangsgehälter von 90.000 US$ für frisch ausgebildete Bioinformatiker ohne jede Praxiserfahrung waren und sind keine Seltenheit", so der Vizepräsident des Bioinformatikunternehmens NetGenics aus Cleveland. Die Folge: Universitäten beklagen inzwischen, dass für neu eingerichtete Bioinformatik-Studiengänge nicht genügend qualifiziertes Fachpersonal zur Verfügung steht. Auch in Deutschland beginnen die Universitäten in zunehmendem Maße mit der Einrichtung von Bioinformatik-Professuren. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft hat einen 50 Mio. DM-Wettbewerb ausgeschrieben, um die besten Bioinformatik-Ausbildungskonzepte zu fördern und international konkurrenzfähige Bioinformatikzentren zu etablieren. Auf der ANALYTICA 2000 (11.- 14.4.) werden in München am 14. April neben einer Jobbörse der Gesellschaft Deutscher Chemiker, einem eigenen BioBusiness-Programm für junge Unternehmen auch ein eigener Orientierungstag für Schüler, Lehrer und Studenten angeboten. ots Originaltext: Messe München - Analytica 2000 Im Internet recherchierbar: http://recherche.newsaktuell.de Ansprechpartner für die Presse: Dr. Rudolf Huber Pressereferat ANALYTICA 2000 Tel. 089 - 949 20670 Fax 089 - 949 20679 Email: huberr@messe-muenchen.de ANALYTICA 2000 im Internet: www.analytica.de Original-Content von: Messe München GmbH, übermittelt durch news aktuell

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