Systembiologie: Mit interdisziplinärer Forschung den Prozessen des Lebens auf der Spur

Verstehen, wie das Leben als Ganzes funktioniert: Die Systembiologie erforscht und entschlüsselt vielschichtige Abläufe in und zwischen lebenden Zellen sowie ganzen Organismen. Das Bundesforschungsministerium unterstützt zahlreiche Forschungsprojekte.

Junge Wissenschaftlerin hält im Labor ein Versuchsröhrchen gegen das Licht und kontrolliert dessen Inhalt.

Systembiologie verbindet fortlaufend Theorie und Praxis: Die am Computer formulierte Modellvorhersage wird sogleich im Laborexperiment auf ihre Gültigkeit hin überprüft.

NGFN/BMBF

Jeder biologische Prozess besteht aus dem komplexen, zeitlich-räumlichen Zusammenspiel vieler einzelner Komponenten, die sich gegenseitig beeinflussen. Das Wachstum von Zellen, Gewebe und Organen, die Entwicklung eines Organismus oder die Entstehung von Krankheiten – bei jedem Prozess muss man neben den beteiligten Akteuren vor allem ihre Wechselwirkung untereinander kennen und verstehen.

Mit den klassischen qualitativen Methoden der Biologie werden viele einzelne Moleküle bis ins Detail erforscht. Ihre genauen Wechselwirkungen miteinander können auf diese Weise jedoch nur unzureichend erfasst und beschrieben werden. Neue Möglichkeiten bietet hier der systembiologische Forschungsansatz mit seiner fächerübergreifenden Arbeitsweise: Er verknüpft biologische Forschung mit Methoden aus Mathematik, Physik, Informatik und Ingenieurswissenschaften und ermöglicht es so, komplexe Fragestellungen in den Lebenswissenschaften anzugehen. In einem Wechselspiel aus Laborexperiment und Modell entstehen immer neue Hypothesen, die stetig durch erneute Experimente und Modellvorhersagen verifiziert, verworfen oder verändert werden.

„Die Komplexität zellulärer Systeme macht es notwendig: Ohne systembiologische Ansätze, die Molekular- und Zellbiologie mit Systemtheorie verbinden, werden wir nicht verstehen können wie Zellen ihre Funktion in Populationen und das Gewebe seine Funktion im Organ erfüllen.“

Prof. Dr. Olaf Wolkenhauer Institut für Informatik, Universität Rostock

Systembiologie – Ein Erfolgsmodell in den Lebenswissenschaften

Durch die frühzeitige und kontinuierliche Förderung der Systembiologie hat das Bundesforschungsministerium einen entscheidenden Beitrag zur Implementierung der Systembiologie in Deutschland und Europa geleistet. Für den Aufbau dieses innovativen Forschungsfeldes wurden gezielt Zentren für Systembiologie in Deutschland geschaffen und interdisziplinäre Forschungsverbünde unterstützt. Immer wieder übernahm das Bundesforschungsministerium die Rolle des Impulsgebers, etwa bei der Schaffung von Professuren sowie über 30 Studiengängen für die Ausbildung junger Systembiologinnen und Systembiologen. Diese neue Generation erlernt und verinnerlicht das interdisziplinäre Denken und Arbeiten von Anfang an.

Eine Reihe aufeinander aufbauender Förderinitiativen hat dazu beigetragen, den systembiologischen Forschungsansatz in unterschiedlichen Forschungsfeldern wie der Medizin, der Pflanzenforschung und der industriellen Biotechnologie erfolgreich zu etablieren. Mit der Fördermaßnahme „e:Bio – Innovationswettbewerb Systembiologie“ unterstützt das Bundesforschungsministerium nun verstärkt den Weg der Systembiologie in die anwendungsbezogene Forschung in den Lebenswissenschaften. So werden insbesondere innovative systembiologische Lösungsansätze bei der Forschung zu gesellschaftlich relevanten Fragestellungen gefördert – von der Gesundheitsforschung über Welternährung bis hin zur Energieversorgung.

„Die Systembiologie hat enorm zum Verständnis biologischer Prozesse beigetragen.“

Dr. Frank Stefan Heldt Nachwuchsforscher und Preisträger MTZ-Award 2016

Systembiologie – Wegbereiter der Systemmedizin

Besonders weit fortgeschritten ist der Einsatz des systembiologischen Forschungsansatzes in der medizinisch-orientierten Forschung. Hier sollen mit Hilfe der Systembiologie komplexe physiologische und pathologische Prozesse in ihrer Gesamtheit erfasst werden. Dies betrifft etwa das Zusammenspiel zwischen Erregern und Immunsystem, aber auch den Einfluss anderer Faktoren wie Umwelt, persönlicher Lebensstil und Gene. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erarbeiten auf Grundlage ihrer systembiologischen Forschung neue Therapieansätze und bereiten klinische Studien vor. Die Systemmedizin legt damit den Grundstein für neue Diagnoseverfahren, innovative Therapien und maßgeschneiderte Präventionsmaßnahmen – ein wichtiger Schritt in Richtung individualisierte Medizin und verbesserte Patientenversorgung.