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Vom Genom zum Medikament

Die Bioinformatik spielte eine entscheidende Rolle beim bedeutendsten wissenschaftlichen Ereignis der letzten Jahre: Die Sequenzierung des menschlichen Genoms. Nachdem die Sequenz vorliegt, folgt jetzt die Entschlüsselung des Genoms.

 

Der Vorgang der Entschlüsselung wird als Annotation bezeichnet. Darunter versteht man die Suche nach den Bauplänen (Genen) für die einzelnen Bausteine (zum Beispiel Proteine) des menschlichen Köpers sowie die Aufklärung ihrer Funktion und Struktur.

 

Die Funktion eines einzelnen Bausteins kann nur unter Berücksichtigung des Zusammenspiels mit anderen Bausteinen erforscht werden. Diese Wechselwirkungen werden in sogenannten metabolischen und regulatorischen Netzwerken dargestellt, die unter anderem die Simulation des Stoffwechsels im Computer ermöglichen. Mit Bioinformatikmethoden sucht man nach den Ursachen genetisch bedingter Krankheiten, um neue Wege für Therapien zu finden.

 

Medikamente (Wirkstoffe) wirken durch Beeinflussung bestimmter Bausteine (Proteine) des Stoffwechsels. Mit Beginn der Entschlüsselung des menschlichen Genoms wird es mit Hilfe der Bioinformatik möglich, viele neue und für eine Behandlung geeignetere Proteine als Angriffspunkte (Targets) zu finden.

 

Die Bioinformatik trägt auch wesentlich zur Entwicklung neuer Wirkstoffe bei: In großen Wirkstoff-Datenbanken wird nach geeigneten Kandidaten gesucht (Screening, Docking), die effektiv sind, möglichst wenig unerwünschte Nebenwirkungen haben und zudem in der Lage sind, den Zielort im Körper zu erreichen (Überwindung biologischer Barrieren).

 

Die Optimierung bekannter Therapien wird durch Verfahren der Bioinformatik unterstützt: Durch den Vergleich ganzer Genome verschiedener Individuen können Unterschiede (z.B. SNPs) gefunden werden, die eine Individualisierung von Therapien ermöglicht.

 

Virale Infekte stellen eine große Herausforderung  in Wirkstoffdesign und Therapie dar. Auf Grund der Tatsache, dass Viren wie HIV eine genomische Variabilität besitzen, kann es vorkommen, dass virale Mutationen auftreten, die eine Resistenz gegen die verabreichten Medikamente aufweisen.

 

Aus diesem Grund sind Ärzte relativ häufig mit dem Problem konfrontiert, einen individuellen Therapieansatz für jeden Patienten mit einer bestimmten Erregervariante zu finden. Um bessere therapeutische Strategien zu wählen wurden bioinformatische Methoden entwickelt, die es erlauben, den Zusammenhang zwischen viraler Mutation und Wirkstoff-Resistenz besser zu verstehen.