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Einfache Rechenoperationen erkennen kranke Zellen
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\r\nZürich \r\n- Ein Forscherteam an der ETH Zürich\r\nhttp://www.ethz.ch hat in \r\nZusammenarbeit mit Kollegen vom MIT \r\nhttp://web.mit.edu einen Weg gefunden, ein biologisches Computernetzwerk in \r\nmenschliche Zellen einzubauen. Anhand von fünf Faktoren erkennt der Rechner aus \r\nRNA und Proteinen entartete Exemplare. Wenn der Detektor anschlägt, wird der \r\nnormalerweise deaktivierte Selbstmordmechanismus der Krebszellen eingeschaltet. \r\n"Die Erfolgsrate liegt derzeit bei etwa 90 Prozent. Wir sind aber \r\nzuversichtlich, dass wir eine perfekte Quote erreichen können", sagt \r\nProjektleiter Yaakov Benenson.
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\r\nEinfache Rechenoperationen
\r\nDie Forscher in Zürich arbeiten mit menschlichen Zellkulturen, die \r\nGebärmutterhalskrebszellen enthalten. Die kranken Zellen unterscheiden sich \r\ndurch ihren charakteristischen Mix von verschiedenen Arten von \r\nMikro-Ribonukleinsäuren (miRNA) von ihren gesunden Nachbarn. Die Wissenschaftler \r\nhaben dieses unverwechselbare Profil entdeckt und ein maßgeschneidertes \r\nBio-Rechner-Netzwerk entwickelt, das es selbsttätig erkennt. Mithilfe von \r\neinfachen Rechenoperationen, wie sie auch in PCs ablaufen, findet das \r\nbiologische Computernetzwerk eine genau vorgegebene Mischung aus fünf Arten von \r\nmiRNA, die nur in den Gebärmutterhalskrebszellen vorkommt.
\r\nBisher sind der Wissenschaft etwa 500 bis 1.000 verschiedene Arten von miRNA \r\nbekannt. Um die richtige Kombination zu erkennen, beinhaltet das Netzwerk der \r\nZürcher Forscher fünf Schalter, die mit den logischen Operationen "AND" oder \r\n"AND NOT" verknüpft sind. Jeder Schalter löst nur bei der richtigen \r\nKonzentration "seiner" miRNA aus. Wenn der einfache Schaltkreis ein positives \r\nErgebnis liefert, wird die betreffende Zelle zerstört. "Es funktioniert wie eine \r\nKonsole mit Knöpfen. Nur wenn alle fünf Knöpfe gleichzeitig gedrückt werden, \r\ngibt es eine Reaktion", sagt Benenson.
\r\nDie miRNA hat normalerweise die Aufgabe, fremde Messenger RNA anzugreifen. Das \r\nmachen sich die Forscher zunutze. Das Detektorsystem wird von der miRNA \r\nangegriffen und teilweise zerstört, was eine Kettenreaktion auslöst, die die \r\nSchalter umlegt. In Versuchen an lebenden Zellkulturen funktioniert das System \r\nschon. Wird das biologische Computernetzwerk in die Kultur eingeschleust, \r\nsterben die Krebszellen ab, während die gesunden unbehelligt bleiben.
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\r\nGroßer Fortschritt
\r\nDas Netzwerk wird von den Zellen selbst hergestellt. Die Forscher schleusen \r\nDNA-Bausteine in die Zellkerne ein, was die Zelle dazu bringt, das Netzwerk, das \r\nzum Großteil aus RNA und Proteinen besteht, zu synthetisieren. Die \r\neingeschleuste DNA wird dabei aber nicht Teil der Erbinformation der Zellen. \r\n"Unsere Methode soll als Therapie wirken und nicht permanent in den Zellen \r\nverbleiben. Nach verrichteter Arbeit werden sämtliche Bausteine unseres Systems \r\nvon der Zelle zersetzt", sagt Benenson. Theoretisch sollte sich die Methode \r\ndurch Veränderung der Detektoren auch auf andere Krebsarten anwenden lassen.
\r\nBiologische Computer, die Krankheiten im Inneren von Zellen erkennen und sofort \r\nreagieren können, sind ein großer Traum der Wissenschaft. Die Experimente von \r\nYaakov und seinen Kollegen sind ein erster Schritt in diese Richtung. Der Weg \r\nfür eine klinische Anwendung ist aber noch weit. Es gibt noch Schwierigkeiten, \r\ndie Gene des Computernetzwerks in die Zellen zu bekommen. Außerdem ist über die \r\nRisiken, die ein solcher Gen-Transfer mit sich bringt, noch wenig bekannt. Die \r\nForscher in Zürich wollen ihre Methode in einem nächsten Schritt an einem \r\ngeeigneten Tiermodell testen. "Ich hoffe, dass wir das in zwei bis drei Jahren \r\nangehen können", sagt Benenson. (pressetext.redaktion)