Internationales Konsortium für Standardisierung von Zell-Prozessen

Ein internationales Konsortium wissenschaftlicher Einrichtungen unter Beteiligung des BioQuant-Zentrums an der Universität Heidelberg wird für seine Arbeiten zur Zellforschung von der Europäischen Union über einen Zeitraum von drei Jahren mit rund 4,4 Millionen Euro gefördert. Ziel des Konsortiums, das jetzt seine Arbeit aufgenommen hat, ist es, die Bedingungen für Zellexperimente durch die neuartige Kombination von Methoden aus Molekularbiologie und Materialwissenschaften weiter zu standardisieren und damit systematisch Einsichten in die Funktion zentraler biologischer Prozesse wie der Zellteilung zu erhalten. An dem Projekt MEHTRICS („Micropattern-Enhanced High Throughput RNA Interference for Cell Screening“) sind neben den Forschungsgruppen um die Heidelberger Wissenschaftler Ulrich Schwarz und Holger Erfle drei Firmen aus Frankreich und Deutschland sowie zwei universitäre Wissenschaftseinrichtungen aus der Schweiz und Litauen beteiligt.

„Die kleinste Einheit des Lebens ist die Zelle. Deshalb beginnt die Untersuchung von biologischen Systemen oft auf der Ebene von Zellen“, erklärt Ulrich Schwarz, der am Institut für Theoretische Physik der Ruperto Carola und am BioQuant-Zentrum eine Arbeitsgruppe für theoretische Biophysik leitet. „Allerdings kann selbst eine einzelne Zelle auf äußere Signale mit sehr komplexem Verhalten reagieren. Dies erschwert das Verständnis der zugrundeliegenden Mechanismen, beispielsweise bei der Entwicklung neuer Medikamente.“ Für die Komplexität der zellulären Antwort gibt es zwei Hauptgründe. Einerseits wird jede menschliche Zelle von etwa 23.000 Genen gesteuert, was zu sehr komplexen internen Zuständen und Regelungsmechanismen führt. Zum anderen reagieren Zellen selbst beim gleichen Genprofil sehr empfindlich auf verschiedenartige Eigenschaften ihrer Umgebung. Aus diesem Grund ist es wichtig, die Bedingungen für Zellexperimente zu standardisieren. über die letzten Jahrzehnte wurden sowohl in der Molekularbiologie als auch in den Materialwissenschaften Methoden entwickelt, um diese Komplexität jeweils einzeln zu kontrollieren. Im MEHTRICS-Konsortium sollen diese verschiedenen Ansätze jetzt zum ersten Mal kombiniert werden, um mittels automatisierter Verfahren sowohl die genetische als auch die umgebungsbedingte Komplexität zu kontrollieren.

Die Projektpartner von BioQuant sind die Firmen CYTOO und VITAMIB aus Frankreich, das Dresdener Biotechnologieunternehmen CENIX sowie zwei Forschungsgruppen von den Universitäten Lausanne (Schweiz) und Wilnius (Litauen). Die Expertise der Partner reicht von Molekular- und Zellbiologie über Chemie, Nanotechnologie und Pharmakologie bis hin zu Robotik, Mikroskopie und biophysikalischer Modellierung. Die zwei Gruppen aus dem BioQuant tragen dabei ihre Expertise in Hochdurchsatz-Experimenten und Modellierung bei. Holger Erfle ist Leiter der Viroquant/CellNetworks-RNAi-Einrichtung am BioQuant-Zentrum, die es erlaubt, mit Hilfe von Robotern und automatischen Mikroskopen systematisch die Rolle jedes einzelnen Gens für zelluläre Prozesse zu untersuchen. Die Arbeitsgruppe von Ulrich Schwarz beschäftigt sich mit der quantitativen Modellierung von Zellmechanik und –adhäsion. In den letzten Jahren hat seine Arbeitsgruppe mehrere Modelle entwickelt, die vorhersagen, wie Zellen auf die Materialeigenschaften ihrer Umgebung reagieren. Diese Vorhersagen sollen jetzt in die Versuchsplanung und –auswertung des Konsortiums eingehen.

Im BioQuant-Zentrum an der Universität Heidelberg forschen Wissenschaftler verschiedener Disziplinen Fakultäten- und Forschungsinstitutionen übergreifend zusammen, um die Funktionsweise komplexer biologischer Systeme aufzuklären. Experimentell arbeitende Gruppen aus Biologie und Medizin werden mit dem Know-how aus Technologie, Biophysik und Bioinformatik zusammengeführt. Der Schwerpunkt der wissenschaftlichen Arbeiten von BioQuant liegt auf der quantitativen und skalenübergreifenden Beschreibung biologischer Systeme. Ziel ist es, mit Hilfe mathematischer Modelle komplexe Prozesse in Zellen und Zellverbänden umfassend zu klären und damit auch zur Entwicklung neuer Anwendungen in Biotechnologie und Medizin beizutragen.


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