Mit Gleichungen gegen Tumoren
Biologische Prozesse lassen sich mathematisch beschreiben. Melanie Börries, Freiburger Ärztin und Forscherin des Deutschen Krebskonsortiums (DKTK), sucht gemeinsam mit ihren Mitarbeitern nach Modellen, die zum Beispiel das Verhalten von Krebszellen abbilden.
Auch wenn die Arbeit von Melanie Börries viel mit Mathematik zu tun hat, eine typische Mathematikerin ist sie nicht. Börries ist Ärztin, Expertin für Molekular- und Zellbiologie, und zeichnet sich auch durch umfangreiches Wissen in den Bereichen Bioinformatik und Genetik aus. Gewissermaßen ist sie die Interdisziplinarität in Person. Denn auf alle genannten Disziplinen muss sie bei ihrer täglichen Arbeit zurückgreifen. Als forschende Ärztin bzw. Medical Scientist leitet sie an der Universität Freiburg die Arbeitsgruppe Systembiologie und Systemmedizin, die Teil des Deutschen Krebskonsortiums (DKTK) ist.
Das Besondere an Börries' Team ist, dass es neben den aufwendigen Experimenten im Labor anschließend versucht, die Ergebnisse mit komplexen mathematischen Modellen zu beschreiben. Daher befinden sich unter Börries' Kollegen sowohl Theoretiker, etwa Mathematiker, Physiker und Bioinformatiker, als auch Mitarbeiter, die experimentell arbeiten, darunter vor allem Biologen und Molekularmediziner. Gemeinsam erforschen sie zum Beispiel, wie einzelne Zellen miteinander kommunizieren. Dabei spielen unter anderem der Austausch von molekularen Botenstoffen und der mechanische Kontakt zwischen den Zellen eine Rolle. Welche Signale haben welche Auswirkungen? Welche Proteine und Gene sind beteiligt und werden in welcher Weise reguliert?
Über das Molekül hinaus denken
© Freiburg Institute for Advanced Studies
Mithilfe der in den Experimenten gewonnenen Daten erstellen die Theoretiker mathematische Gleichungen, die schließlich die Dynamik des Systems beschreiben. Die Modelle liefern so auch Antworten auf die Frage, wie Krebs im Kontext des gesamten Organismus entsteht und sich entwickelt. Sie können außerdem dazu beitragen, die für die Krebserkrankung ausschlaggebenden genetischen Mutationen aufzudecken.
Schon während ihres Medizinstudiums habe sie die Wissenschaft sehr interessiert, erinnert sich Börries. Das war mit ein Grund dafür, dass sie schließlich in zwei Fächern promovierte: in Medizin und in Zellbiologie. „Während dieser Zeit ist mir klar geworden, dass man, um Krankheiten wie Krebs zu erforschen, nicht nur von einem Molekül zum anderen Molekül denken darf", so die Wissenschaftlerin. „Krebszellen verhalten sich ganz unterschiedlich, je nachdem welche anderen Zelltypen in der Umgebung sind. Also muss da eine Art Kommunikation stattfinden." Und der Informationsaustausch zwischen einzelnen Zellen wirkt sich wiederum auf größere Strukturen aus, wie das betreffende Organ und schließlich den menschlichen Körper. Die damit verbundenen Fragen brachten die Wissenschaftlerin schließlich auf die Systembiologie – eine Disziplin, die biologische Organismen in ihrer Gesamtheit verstehen möchte.
Systembiologen brauchen umfangreiche Kenntnisse in der Bioinformatik und der Mathematik – Gebiete, auf denen Börries sich zunächst kaum auskannte. „Ich musste Bioinformatik und Statistik lernen." Dass sich diese Neugier für die verschiedenen Disziplinen lohnte, davon ist Börries heute überzeugt. Das war spätestens dann der Fall, als es darum ging, die mathematischen Analysen und Erkenntnisse auch auf Patienten und insbesondere auf molekulare Tumordaten anzuwenden. Im standortübergreifenden MASTER-Programm des DKTK fahnden Börries und Kollegen nach Gendefekten von Tumoren, um mögliche therapeutische Ziele für jeden Patienten individuell bestimmen zu können. Durch das Projekt sollen mehr Krebspatienten in Deutschland eine umfassende Analyse des Tumorerbguts erhalten. Dann ist im Idealfall eine auf sie zugeschnittene Behandlung möglich, und sie können an einer passenden klinischen Studie teilnehmen.
DKTK eröffnet viele Möglichkeiten
© Freiburg Institute for Advanced Studies
Als ihre Nachwuchsgruppe im Jahr 2013 Teil des DKTK-Netzwerks wurde, hat die interdisziplinäre Herangehensweise des Teams schließlich einen enormen Schub bekommen, schwärmt Börries: „Durch den Kontakt mit den verschiedenen Standorten, den Zugriff auf das umfangreiche Wissen und das DKFZ im Hintergrund ergaben sich zahlreiche Möglichkeiten, meine Forschung auch in der Klinik anzuwenden." Im Rahmen der DKTK-Projekte profitiert sie erneut davon, dass sie die Fragestellungen der Onkologen versteht und gleichzeitig die dazu passenden Experimente entwerfen kann. Um einen Ansatz aus der Forschung in die klinische Anwendung zu bringen, besteht für Börries eine ihrer Hauptaufgaben darin, zwischen Personen mit ganz unterschiedlichem fachlichen Hintergrund zu vermitteln. „Wir müssen oftmals erst eine gemeinsame Sprache finden." Denn es gibt eben nur sehr wenige, die – so wie Börries – nahezu alle verstehen.
// Janosch Deeg