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Systembiologie

In der Systembiologie geht es darum, die komplexen und dynamischen Abläufe einer Zelle oder eines Organs z.B. bei Umweltanpassung, Alterung oder Immunabwehr zu verstehen und abzubilden. Die große Fülle von Daten über einzelne Zellbestandteile bzw. -funktionen, die auf verschiedenen Ebenen der Lebensprozesse gewonnen wurde (Genom, Proteom, Metabolom) muss in einen sinnvollen Gesamtzusammenhang gebracht und im Computer nachgebildet werden, so dass Simulationen und Vorhersagen auch ohne Experimente im Labor möglich werden.

Für die Forschung in den Biowissenschaften ist auch heute noch ein weitgehend qualitativer und beschreibender, auf das molekulare Detail ausgerichteter Ansatz charakteristisch. Die Fülle von Daten über einzelne Zellbestandteile bzw. -funktionen, die auf verschiedenen Ebenen der Lebensprozesse gewonnen wurde (Genom, Proteom, Metabolom) muss nun in einen sinnvollen Gesamtzusammenhang gebracht werden. Nur so können komplexe Systemeigenschaften wie die Regulation und Kontrolle biologischer Systeme, deren Steuerbarkeit und Systemverhalten beschrieben und verstanden werden. Die Modellierung von Lebensprozessen verspricht ein großes Anwendungspotenzial. So erhofft man sich besonders bei der Entwicklung neuer Arzneimittel entscheidende Fortschritte.

Ein interdisziplinärer Forschungsansatz, der die Biologie mit der Informatik, der Mathematik und den System- und Ingenieurwissenschaften zu einer "Systembiologie" verbindet, kann hier einen wesentlichen Beitrag leisten. Die Systembiologie zielt mit ihrer ganzheitlichen Sichtweise darauf ab, realitätsnahe Modelle von physiologischen Vorgängen in Zellen, Zellverbänden und ganzen Organismen zu entwickeln und somit ein ganzheitliches Verständnis der Lebensprozesse zu erlangen.

Mit der Veröffentlichung der Richtlinien zum Förderschwerpunkt "Systeme des Lebens - Systembiologie"  hatte Deutschland den Startschuss für ein neues interdisziplinäres Forschungsprogramm gegeben. Im Mittelpunkt steht das Modellsystem "Leber" mit Fokus auf die Hepatozytenzelle. Die Leber ist eine hochkomplizierte biochemische Fabrik, die täglich über 10.000 Substanzen auf-, um- oder abbaut und den Körper mit den lebenswichtigen Stoffen wie Proteinen, Kohlenhydraten und Fetten versorgt. Die Leber ist als Modellsystem für systembiologische Untersuchungen sehr gut geeignet, da dieser Zelltyp vielfältige Aufgaben wahrnimmt und damit zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten für die Medizin, die Pharmaforschung und den Bereich Ernährung bietet.

Ziel ist eine virtuelle Zelle, mit der physiologische Prozesse in silico nachgestellt werden können, kurz die "gläserne Leberzelle". Die Projekte im Kompetenznetz HepatoSys sind im Januar 2004 gestartet - in dieser ersten Phase sollen Werkzeuge entwickelt, Standards gesetzt und ein Zellsystem etabliert werden.

Mit der Förderinitiative "Forschungseinheiten Systembiologie" (FORSYS) wurde vom BMBF die nachhaltige Etablierung des Forschungsansatzes der Systembiologie in Deutschland eingeleitet. Ein Effekt dieser Maßnahme war eine Konzentration interdisziplinärer systembiologischer Expertise an den vier Standorten Freiburg, Heidelberg, Magdeburg und Potsdam, durch die auch die Ausbildung von jungen Wissenschaftlern unterstützt wird.

Die im Sommer 2007 gestartete Fördermaßnahme "FORSYS-Partner" zielt nun darauf ab, durch eine beschleunigte Erhebung von Forschungsergebnissen und deren Verknüpfung mit anwendungsorientierten Entwicklungen den Forschungsstandort Deutschland zu stärken.

Mit "FORSYS-Kooperationen" soll die Systembiologie in Deutschland gestärkt und ausgebaut werden durch die Einbindung weiterer, außerhalb der FORSYS-Zentren bestehender Forschungskapazitäten bei universitären und außeruniversitären Einrichtungen sowie der Industrie - insbesondere KMU. Die Themenauswahl soll einen Anwendungsbezug zeigen.

Mit "FORSYS-Nachwuchsgruppen" sollen darüber hinaus jüngere Wissenschaftler die Möglichkeit erhalten, eigene Forschungsvorhaben umzusetzen und durch den Aufbau einer eigenen Arbeitsgruppe ihre wissenschaftliche Qualifizierung gezielt ausbauen zu können. FORSYS-Nachwuchsgruppen sollen insbesondere dort eingerichtet werden, wo noch keine Forschungseinheit des Systembiologie existiert, um in diesen Regionen vorliegende Kapazitäten auszubauen.