Bioinformatik im Kampf gegen AIDS

Der Saarbrücker Bioinformatiker Professor Dr. Thomas Lengauer, Ph.D., Direktor am Saarbrücker Max-Planck-Institut für Informatik, ist ein hochkarätiger Wissenschaftler: Erst vor wenigen Wochen erhielt er den Karl-Heinz-Beckurts-Preis für herausragende wissenschaftlich-technische Leistungen, die in besonderem Maße industrielle Innovation gestärkt und gefördert haben. Davor wurde er im Oktober 2003 mit der bedeutendsten deutschen Informatikauszeichnung, der Konrad-Zuse-Medaille ausgezeichnet.

Lengauer (51) ist seit zwei Jahren Direktor am Saarbrücker Max-Planck-Institut, außerdem Honorarprofessor der Universität des Saarlandes und Sprecher des Zentrums für Bioinformatik. Er wies als einer der Ersten auf die Bedeutung der Bioinformatik hin und machte sie in Deutschland populär. Prof. Dr. Lengauer konzentriert sich auf Bioinformatik-Methoden für die Diagnose und Therapie von Krankheiten. In einer Arbeitsgruppe von 16 Leuten reichen die Aufgaben von der Grundlagenforschung über die Realisierung und Umsetzung der Ideen bis hin zur Anwendung. Dazu werden Brücken zu anderen Fächern wie z. B. Chemie, Biologie und Medizin geschlagen. Es geht z. B. um die Struktur- und Funktionsvorhersage von Proteinen sowie um ein Verfahren, mit dem man Datenbanken nach potenziellen Wirkstoffmolekülen durchsuchen kann, und das in der pharmazeutischen Industrie Anwendung findet. Dieses Verfahren ist Grundlage für die Startup-Firma BioSolveIT in Sankt Augustin bei Bonn, die Prof. Lengauer mit seinen Mitarbeitern gegründet hat. „Wir haben das Programm Flex-X entwickelt, das Bindungen zwischen Proteinen und Wirkstoffen analysiert. Es benötigt pro Wirkstoff nur 20 Sekunden“, erläuterte Prof. Lengauer.

Die Funktionen des menschlichen Körpers basieren auf komplexen Netzwerken chemischer Reaktionen. Zum Beispiel werden beim Stoffwechsel Moleküle im Körper aufgebaut, verändert und wieder abgebaut. Jede dazu nötige chemische Reaktion besitzt eine Art Wächter-Molekül, das diese Reaktion steuern kann. Diese Molekühle sind Proteine. Auch zum Austausch von Informationen im Körper werden Proteine herangezogen. Die korrekte Funktion und Konzentration der Proteine sorgt für die gewünschte dynamische Balance der Reaktionsnetzwerke im gesunden Körper. Bei Krankheiten wird diese Balance zum Nachteil des Patienten verändert. Eine Therapie sorgt dafür, dass eine neue verträgliche Balance hergestellt wird. Dies geschieht durch Ausschalten spezifischer chemischer Reaktionen, und dies wiederum durch Blockieren ihrer Wächter-Moleküle, die in diesem Zusammenhang auch Zielproteine genannt werden.

„Unsere Aufgabe ist es also nun, ein für die Heilung einer Krankheit geeignetes Zielprotein zu bestimmen und herauszufinden, welcher Wirkstoff sich fest daran bindet“, so Prof. Dr. Lengauer. „Haben wir einen geeigneten Wirkstoff gefunden, der sich genau in das Protein hineinsetzen kann, dann ist es blockiert.“ Die Bioinformatik-Methoden, die in der Gruppe von Prof. Lengauer entwickelt werden, dienen der Suche nach Zielproteinen und nach Wirkstoffen, die sie blockieren.

Doch es treten auch Probleme auf, da dasselbe Protein vielfältige Funktionen haben kann. Das Blockieren eines Proteins führt deshalb zu Nebenwirkungen. Die geeignete Auswahl des Zielproteins muss auch die Minimierung solcher Nebenwirkungen berücksichtigen. Selbst, wenn Zielprotein und Wirkstoff gefunden sind, ist die Arbeit für Bioinformatiker nicht beendet, so Prof. Lengauer weiter. „Bei Infektionskrankheiten verändern sich die Zielproteine ständig. Am Beispiel AIDS kann man das verdeutlichen. AIDS wird durch das HI-Virus übertragen, das für seine pathogenen Aktivitäten spezielle Proteine enthält. Medikamente gegen AIDS sind Wirkstoffe, die ein geeignetes Protein des Virus, nicht aber menschliche Proteine, blockieren. Das Virus antwortet auf die Therapie mit der Veränderung seiner Zielproteine, die durch die Wirkstoffe nun nicht mehr blockiert werden können: Das Virus wird resistent, so dass eine neue Therapie angewendet werden muss. Für AIDS stehen derzeit knapp 20 Wirkstoffe zur Verfügung, und pro Patient werden drei oder mehr Wirkstoffe gleichzeitig verabreicht. Wir haben eine Bioinformatik-Methode entwickelt, die Vorschläge macht, welche Wirkstoffkombination bei welcher Virus-Veränderung Erfolg verspricht.“

Seit zwei Jahren forscht Prof. Dr. Lengauer im Saarland. „Das ist ein kleines Land und ist deshalb gezwungen, Schwerpunkte zu setzen. Doch die Landesregierung betreibt eine effektive Schwerpunktpolitik. Ich bin mit der Unterstützung sehr zufrieden.“

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Max-Planck-Institut für Informatik
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