Was kann ein Computer über den menschlichen Stoffwechsel aussagen?

05.09.16

FNR
LCSB
University of Luxembourg
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“Mir geht es darum, zu erforschen, wie unsere Ernährung die menschliche Gesundheit beeinflusst und wie die beiden zusammenspielen,“ erzählt Ines Thiele, Bioinformatikerin am Luxembourg Centre for Systems Biomedicine (LCSB) und ATTRACT Fellow des Fonds National de la Recherche

Inwiefern reagiert der Körper anders, wenn man sich rein vegetarisch ernährt oder Fleisch isst, wenn man ohne Fast Food nicht leben kann oder täglich frische Speisen zu sich nimmt? Sollte jemand, der eine bestimmte Krankheit hat, seine Ernährungsweise anpassen und wenn ja, wie und warum?

Stoffwechselmodellierung am Computer

Um solche und viele andere Fragen zukünftig ohne langwierige klinische Tests beantworten zu können, entwickelt die Gruppe um Ines Thiele an der Uni Luxemburg ein Computer-Modell, mit dem sie den menschlichen Stoffwechsel, d. h. die Gesamtheit der chemischen Prozesse in unserem Körper, nachahmen will.

Dazu muss man nicht nur die körpereigenen Prozesse, sondern auch den Stoffwechsel aller in unserem Magen oder unserem Darm lebenden Bakterien genau kennen. Denn es sind eben diese Bakterien, die uns viele von den Nährstoffen, die wir aufnehmen, erst bereitstellen. Ohne Bakterien sind die Nährstoffe uns nicht zugänglich.

Im fertigen Modell kann man dann Fehler einprogrammieren und so simulieren, wie diese, in Abhängigkeit von der Ernährungsweise, die verschiedenen chemischen Prozesse im Körper beeinflussen. Je realitatsnäher das Modell, um so verlässlicher die Antworten.

Anerkennung für eine Heidenarbeit

Praktisch ist die Gruppe allerdings noch nicht so weit. Die Entwicklung des Computer-Modelles ist eine Heidenarbeit: Ein einziges mikrobielles Modell, das nur einen kleinen Bestandteil des gesamten Computer-Modells darstellt, kann locker sechs Monate bis ein Jahr in Anspruch nehmen. An der ersten Version des menschlichen Modelles haben sechs Forscher zwei Jahre lang gearbeitet. 2007 wurde diese Arbeit publiziert, seitdem verbessert die Gruppe das Modell kontinuierlich. Mehr zur Entwicklung des Stoffwechselmodells in der Infobox. 

Ganz besonders an diesem Projekt ist, dass das fertige Modell sehr uneingeschränkt sein wird: Man wird fast unbegrenzt Fragen stellen können. Genau das macht es auch für die Arbeit von vielen anderen Forschern sehr interessant. Für ihre hervorragende Leistung wurde Ines Thiele vor kurzem mit dem Titel des EMBO Young Investigator geehrt.

Welche Bedeutung hat es, EMBO Young Investigator zu sein?

Von 300 Bewerbern erhalten jährlich etwa 20 diesen “Qualitätsstempel” der zeigt, dass ihre Arbeit weltweit anerkannt wird – Thiele kann also zu Recht stolz sein. Doch für sie liegt auch sehr großer Wert  auf dem Netzwerk, das sich mit dem Titel öffnet.

Der Kontakt zu anderen Forschern ist ihr sehr wichtig und ist auch ein Faktor, der ihr an der Uni Luxemburg sehr gut gefällt: “Hier zu forschen ist super, das wissenschaftliche Umfeld passt und unsere Arbeit komplementiert sich sehr gut mit der Arbeit anderer Gruppen am LCSB und der Uni Luxemburg. Wir können zusammen unser Modell prüfen und herausfinden, ob es wirklich etwas nützt.”

Wie wurde Thiele Forscherin?

Sie stellt gerne Fragen, ist neugierig – wohl die wichtigste Eigenschaft eines jeden Forschers. “Aber eigentlich,” sagt sie, “war ich einfach zur richtigen Zeit am richtigen Ort und habe am richtigen Thema gearbeitet.” Heute kann Thiele sich nichts anderes mehr vorstellen, als in der Forschung zu arbeiten.

Autor: Liza Glesener
Photo: Liza Glesener

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Infobox

Mehr zur Erstellung des Stoffwechsel-Modells

Zuerst sucht man in der wissenschaftlichen Literatur nach konkreten Informationen zum Stoffwechsel von Mensch und Magen-Darm-Bakterien. Allein im menschlichen Stoffwechsel muss man rund 9000 Reaktionen genau kennen und in das Computer-Modell einprogrammieren. Dieses kann nun die Antwort auf eine Frage zum Stoffwechsel innerhalb von Minuten generieren. Die anschließende Kontrolle, ob das Modell auch funktioniert und die richtige Antwort gegeben hat, kann hingegen wieder Monate dauern.

 


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