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Neue Ansätze

Daran forscht der wissenschaftliche Nachwuchs

Sie setzen Modellorganismen auf Diät, analysieren die Struktur von Proteinen, suchen nach genetischen Gemeinsamkeiten von Entzündungspatienten, bauen drahtlose Minicomputer zur Überwachung von Körperfunktionen und erforschen einen neuen Biomarker. Fünf Beispiele von Promotionen im Exzellenzcluster Entzündungsforschung.

Schnittstelle zwischen Computerwissenschaft und Medizin

Carlo Alberto Boano entwickelt Computer für einen besonderen Einsatzort: den menschlichen Körper. Sie sollen tagelang am Körper getragen werden, physikalische Größen wie Temperatur, Licht, Druck und Feuchtigkeit kontinuierlich messen und per Funk übermitteln. Für die Forschung sind solche drahtlosen Sensornetze von großem Wert. „Sie erlauben eine verbesserte empirische Erfassung von Körperfunktionen“, erklärt der Doktorand in der Arbeitsgruppe von Professor Kay Römer am Institut für Technische Informatik der Universität zu Lübeck. „Körperparameter und deren Beziehung zu äußeren Faktoren könnten kontinuierlich und unauffällig über Wochen gemessen werden.“ Während die Untersuchungspersonen ihren Alltag in der häuslichen Umgebung leben, so die Idee, misst das Sensornetz die Körperparameter, sammelt die Daten und sendet diese ans Untersuchungsteam. Ein Einsatzgebiet ist zum Beispiel die Schlafforschung. Die Computeringenieure sind an einer Studie des Instituts für Neuroendokrinologie an der Universität zu Lübeck beteiligt. Diese untersucht, wie sich die Beschränkung der Schlafdauer auf die Wärmeregulation beim Menschen untersucht. „Ziel ist, Testpersonen mit einem Sensornetz mit bis zu acht Messpunkten auszustatten und so Körperkerntemperatur, Hauttemperatur sowie Umgebungsparameter über einen Zeitraum von bis zu zwei Wochen zu erfassen.“ Ein Prototyp für die drahtlose Messung der Hauttemperatur ist bereits im Einsatz und hat erste Messergebnisse gesendet.

Ein weiteres Ziel von Boanos Arbeit ist es, die technischen Systeme, die bisher sehr störanfällig sind, zuverlässiger und robuster zu machen. „Ich versuche, Prinzipien der Selbstorganisation in biologischen Systemen auf drahtlose Sensornetze anzuwenden.“ So wie biologische Systeme sich selbst reparieren können, sollen sich die Sensornetze auf verändernde Umgebungsbedingungen anpassen können.

Dreidimensionale Struktur

Das Hautprotein Kollagen VII ist essentiell für eine intakte Haut. Es trägt zum Zusammenhalt der einzelnen Hautschichten bei und gibt der Haut Stabilität. Fehlt es, zum Beispiel aufgrund genetischer Defekte, wird die Haut instabil. Es bilden sich Blasen, die Haut löst sich, wie nach Verbrennungen. Auch Autoantikörper, die sich gegen Kollagen VII richten, können eine solche Blasenbildung verursachen. Dies ist bei der Erkrankung Epidermolysis Bullosa Aquisita (EBA) der Fall. Über die Hintergründe dieser Erkrankung ist wenig bekannt. An bestimmten Untereinheiten des Kollagen VII binden vermehrt Antikörper, wie Studien gezeigt haben. Eine solche Untereinheit ist die von-Willebrandähnliche- Domäne 2 (vWFA2). Sie ist, so vermutet man, an Wechselwirkungen mit anderen Komponenten der Haut beteiligt und trägt so zur Stabilität bei. Die Rolle dieser Untereinheit von Kollagen VII im Hautgefüge und im Rahmen der Erkrankung EBA will Sarah Leineweber durch strukturbiologische Untersuchungen aufklären. Die Doktorandin am Institut für Chemie der Universität zu Lübeck will diese Domäne charakterisieren und mittels Kernspinresonanzspektroskopie (NMR-Spektroskopie) deren räumliche Struktur auf molekularer Basis untersuchen. Solche detaillierten Strukturinformationen sind notwendig, um zu verstehen, wo Antikörper angreifen und welche Folgen das hat. Die ersten Voraussetzungen zur strukturbiologischen Untersuchung hat die Biologin bereits erfolgreich gemeistert. Erste berechnete Strukturen für die von-Willebrand-ähnliche-Domäne 2 liegen bereits vor. Eine Publikation mit den ersten Ergebnissen hat sie eingereicht.

Genetische Gemeinsamkeiten

Die Krankheiten Tuberkulose und Sarkoidose haben einige Gemeinsamkeiten: Es sind beides komplexe Erkrankungen, die hauptsächlich die Lunge betreffen, aber auch alle anderen Organe befallen können. Das Entzündungsgeschehen ist in beiden Erkrankungen ähnlich und es bilden sich in beiden Fällen Granulome, also kleine Knötchen. Die Tuberkulose ist zwar anders als die Sarkoidose eine bakterielle Infektionskrankheit. Allerdings erkrankt nur ein Teil der mit Mycobacterium tuberculosis infizierten Menschen an Tuberkulose. Ob die Erkrankung ausbricht oder nicht liegt auch an einer genetisch bedingten Anfälligkeit. Eine genetische Komponente ist auch für die Sarkoidose bekannt, erste Risikogene wurden vor einigen Jahren im Exzellenzcluster Entzündungsforschung identifiziert.

Aufgrund der ähnlichen Entzündungsvorgänge in beiden Erkrankungen liegt die Vermutung nahe, dass es gemeinsame genetische Faktoren gibt. Diese Annahme überprüft Clusterstipendiat Benjamin Schmid in seiner Doktorarbeit am Institut für Klinische Molekularbiologie (IKMB) der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel. Dafür wertet er zunächst die Daten von genomweiten Assoziationsstudien einer Deutschen Sarkoidose-Kohorte mit 568 Fällen und 1.840 Kontrollen sowie einer Tuberkulose-Kohorte mit 921 Fällen und 1.047 Kontrollen statistisch aus. Die ersten statistischen Ergebnisse müssen nun noch an weiteren Patientenkohorten bestätigt werden. „Wir sind gerade dabei noch weitere Kohorten zu gewinnen, um die Befunde der statistischen Auswertung replizieren zu können“, erklärt Schmid, der die Arbeitsbedingungen im Cluster sehr schätzt. „Man hat sehr viel Wissen um sich. Es gibt viele Clusterstipendiaten. Die arbeiten zwar an anderen Fragestellungen, aber bei Problemen kann man sich trotzdem gegenseitig gut weiter helfen."

 

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