Was ist Computer-Biologie und warum hat sie den Nobelpreis gewonnen?

Drei Wissenschaftler haben den Nobelpreis für Chemie 2013 für die bahnbrechende Arbeit verliehen bekommen, welche die Basis legte für die computerbasierte Biologie wie wir sie heute kennen. Das klingt ziemlich toll, aber was zur Hölle ist überhaupt „Computational Bology“? Es muss ja schon ziemlich wichtig sein, wenn drei Wissenschaftlern für die Entwicklung von mehrskaligen Modellen komplexer chemischer Systeme über eine Millionen Dollar an Preigeld zugesprochen wurde.

Kurz gesagt ist rechnerbasierte Biologie eine Methode bei der komplizierte, chemische Prozesse mit Computermodellen nachgestellt werden. Wir reden hier von extrem komplexen bio-chemischen Prozessen, wie beispielsweise der Interaktion von Zellen mit ihrer Umwelt, der Reaktionen von Proteinen im Zelleninneren und derm Verhalten von Millionen kleiner Atome.

Dies eröffnet Wissenschaftlern das Potenzial für revolutionäre Forschungsunternehmungen, die für die Entwicklung neuer Medikamente, besserer Behandlungsmethoden von Krankheiten oder vielleicht sogar bei der Helling von Krebs, hilfreich werden könnten.

Das Team der Wissenschaftler besteht aus Michael Levitt, Martin Karplus und Arie Warshel und deren Idee, dass man Computer für das Untersuchen von Biochemie nutzen kann, war revolutionär. Sie haben Modelle gebaut die ziemlich genau die komplexen, chemischen Prozesse simulieren, wofür viele Daten benötigt werden. Unglaublich viele Daten. Und es stellt sich heraus, dass Computer ziemlich gut darin sind Daten zu lagern und zu analysieren.

Levitt hat Reuters erzählt, dass er bereits in den Siebzigern darüber nachgedacht habe, mit Hilfe von Computern an chemischen Zusammenhängen zu arbeiten, aber niemand ihn ernst genommen habe. Dennoch hat das Trio Wege entwickelt, die biologische Systeme durch Algorithmen interpretieren und darstellen. Heute werden diese Methoden in tausenden Laboren auf der ganzen Welt genutzt.

Je mehr Informationen du hast, desto mehr kannst du lernen. Mit diesem Prinzip agiert auch die open source Software. So können auch andere Wissenschaftler an diese Informationen gelangen, weitere Daten hinzufügen und die Wissenschafter können gegenseitig auf ihrem Wissen aufbauen. Demzufolge wird der Umfang von Daten immer größer und die Wissenschaftler können immer größere Modelle für Analysen bauen.

Die Zukunft klingt vielversprechend. Dank des Fortschrittes von tragbarer Technologie, Sensoren und Aufspürgeräten, können Wissenschaftler mehr Informationen als jemals zuvor in Echtzeit sammeln. Letztendlich wird es möglich sein einen kompletten und lebendigen Organismus bis aufs Molekular zu simulieren - im Grunde wird ein Leben basierend auf einer Maschine erschaffen.

„Computational Biology“ wurde lange Zeit als „der arme Bruder oder die hässliche Schwester der experimentellen Biologie“ angesehen, sagte Levitt. Aber jetzt sind die Simulationen so genau, dass sie erfolgreich Ergebnisse von traditionellen Experimenten vorhersagen können.

Bei der Preisverleihung sagte die schwedische Akademie der Wissenschaft: „Heute sind Computer genauso wichtig für Chemiker wie Reagenzgläser. Klassische Chemie hat es schwer da mitzuhalten.“ Da die Algorithmen und die Software die schwere Arbeit leisten, können Wissenschaftler viel mehr über Biologie und Chemie lernen, als wenn sie Experimente im Labor durchführen.

Heute wird die Technologie dafür genutzt um menschliches Erbgut in eine Reihenfolge zu bringen und Modelle vom menschlichen Gehirn zu erstellen. Man kann damit auch Medikamente untersuchen bevor sie an Menschen oder Tieren getestet werden. Die zukünftigen wissenschaftlichen Durchbrüche in der Behandlung von Krankheiten und Medikamenten werden wahrscheinlich mit der Hilfe von „Computational Biology“ entstehen, und dass werden wir auch diesen Nobelpreisträgen zu verdanken haben.