NEUE GRENZGEBIETE

Bioinformatik und DNA: Jagdauf "Influencer"-Gene, die Krebs aktivieren können

Krebszellen sind in gewisser Hinsicht wie kleine soziale Netzwerke, in denen einige Gene andere beeinflussen und so die Entwicklung der Krankheit bestimmen können. Darüber sprechen wir mit Luciano Cascione (IOR)

von Elisa Buson

Öffnen Sie Instagram und erkennen Sie sie sofort an dem blauen Haken neben dem Namen und an den Millionen von Followern: Das sind die Influencer, echte Idole der sozialen Netzwerke, die die Meinung und den Konsum der Öffentlichkeit mit eindringlichen Stories und glänzenden Posts beeinflussen können. Die Unternehmen wissen das und heuern sie deshalb mit schwindelerregenden Verträgen an, um ihre Produkte populär zu machen und den Umsatz zu steigern. Eine erfolgreiche Strategie, die sogar in der Krebsforschung wegweisend sein könnte, weil sich auch in unserer DNA „Influencer“-Gene befinden, die andere Gene stufenartig beeinflussen können, bis sie das Schicksal unserer Zellen verändern. Sie zu erkennen und anzuheuern, um Krankheiten zu besiegen, ist eines der Ziele, an dem Luciano Cascione, Leiter der Bioinformatics Core Unit (BCU) des Onkologischen Forschungsinstituts (IOR) in Bellinzona, arbeitet. Seine Gruppe, die vom Schweizerischen Nationalfonds (FNS) sowie Spenden von Stiftungen und Privatpersonen unterstützt wird, ist der Aussenposten des Swiss Institute of Bioinformatics (SIB), einer international anerkannten gemeinnützigen Organisation, die der wissenschaftlichen Gemeinschaft für Biowissenschaften Ressourcen der Bioinformatik zur Verfügung stellt.

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«Das SIB ist ein Netzwerk, das alle Schweizer Bioinformatik-Gruppen zusammenbringt und den Wissensaustausch fördert, der für die Entwicklung von Algorithmen und Methoden zur Lösung von Problemen und Fragen im biologischen Bereich nützlich ist: Mittlerweile ist es ein Modell, das auch im Ausland anerkannt und nachgeahmt wird», erzählt Cascione. «Das SIB fördert darüber hinaus die Ausbildung der Bioinformatiker, weil es wichtig ist, Algorithmen zu haben, es aber ebenso wichtig ist, kompetente Personen zu haben, die wissen, wie man sie nutzt. Aus diesem Grund ist die Figur des Bioinformatikers in biomedizinischen Laboren zunehmend gefragt. Forschung produziert mittlerweile so viele Daten, dass qualifizierte Personen benötigt werden, um sie zu analysieren und so viele Informationen wie möglich daraus zu erhalten: Es werden Profis benötigt, die wissen, wie man sie aus statistischer Sicht korrekt verarbeitet, unter Berücksichtigung der biologischen Zwecke, für die sie erhoben wurden».

Dieser Notwendigkeit war sich Cascione stets bewusst. Der Sizilianer aus Avola, entschied sich nach seinem Abschluss in Informatik für ein Doktoratsstudium in Bioinformatik. Danach kam die Erfahrung in den Vereinigten Staaten an der Ohio State University und schliesslich landete er 2013 am IOR. «Hier begann ich als Post-Doc in der Einheit für Bioinformatik zu arbeiten, die dann 2016 offiziell Gestalt annahm», erinnert sich Cascione. «Anfangs waren wir nur zu zweit: Ich und mein holländischer Kollege indonesischer Herkunft Ivo Kwee. Von Zeit zu Zeit kam ein dritter Gastforscher hinzu. Mit der Zeit stellte sich jedoch die Notwendigkeit heraus, weitere Personen einzustellen». So wuchs die Gruppe, bis sie im Jahr 2018 etwa zehn „Gehirne“ zählte, als Cascione der Leiter der Gruppe wurde. Nach einer ersten Aufgabe von vier Jahren, verlängerte ihm das Swiss Institute of Bioinformatics dieses Frühjahr das Mandat als Group Leader SIB am IOR.

Im Kopf viele Projekte, die mit einer Gruppe junger und gut vorbereiteter Mitarbeiter voranzubringen sind. «Um in unserem Labor zu arbeiten, muss man über einen guten statistischen Hintergrund verfügen, kombiniert mit biologischen Fähigkeiten, die es ermöglichen, dieselbe „Sprache“ der Forscher des IOR zu sprechen, die wir unterstützen müssen», bemerkt Cascione. «Unsere Arbeit besteht darin, Techniken der Bioinformatik und Computerstatistik zur Unterstützung der Krebsforschung einzusetzen: Ziel ist es, neue Instrumente zu entwickeln, um die Krankheit immer früher zu diagnostizieren und das Ansprechen auf Medikamente vorherzusagen, um dem Onkologen bei der Auswahl der wirksamsten Therapie für jeden einzelnen Patienten zu helfen, im Hinblick auf eine zunehmend personalisierte Präzisionsmedizin».

Die Bioinformatics Core Unit unterstützt alle Forschungsgruppen des IOR bei dieser Anstrengung: Sowohl die, die sich mit soliden Tumoren (wie Brust, Prostata, Dickdarm und Bauchspeicheldrüse) befassen, als auch solche, die hämatologische Tumore (Leukämie und Lymphome) untersuchen. Insbesondere widmet sich Cascione zusammen mit Francesco Bertoni des IOR und Emanuele Zucca und Luca Ceriani des Ente Ospedaliero Cantonale (EOC) seit langem den Lymphomen. «Unser Ziel ist es, traditionelle klinische Untersuchungen mit der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) zu integrieren, um einen Risiko-Score zu entwickeln, d. h. einen Score, der die Wahrscheinlichkeit eines Rückfalls angibt und den Onkologen bei der Wahl der Therapie leitet, um (wenn möglich) die invasivsten Behandlungen zu vermeiden, die schwere Nebenwirkungen verursachen können. In der Praxis bedeutet dies, die von den Krebspatienten routinemässig durchgeführten Bluttests zu nehmen und numerische Daten zu extrahieren: Wir setzen sie zusammen und versuchen zu verstehen, ob sie durch die Kombination mit mathematischen Formeln am Computer eine Vorhersage über das Krankheitsrisiko oder das Ansprechen auf Medikamente geben können».

Diese Art von Studie erfordert nicht den Einsatz künstlicher Intelligenz, aber Cascione hat sich bereits an das Dalle-Molle-Forschungsinstitut für Künstliche Intelligenz (IDSIA) gewandt, um die Möglichkeit einer zukünftigen Zusammenarbeit bei der Entwicklung von Instrumenten des Maschinellen Lernens zu erwägen, die das menschliche Auge bei der Analyse von Tumoren unter dem Mikroskop unterstützen (und nicht ersetzen) können. «Die Idee ist, selbstlernende Algorithmen zu haben, um die Genauigkeit der Diagnosen zu verbessern: Letztendlich können die Intuition und die Erfahrung des Anatomopathologen noch nicht durch eine Black Box ersetzt werden, die im besten Fall nur eine Wahrscheinlichkeitsrechnung liefern kann».

«Für die Zukunft möchten wir unsere Algorithmen jedoch weiterentwickeln», betont Cascione. «In dieser Hinsicht arbeiten wir mit den Universitäten Verona und Parma zusammen, um unser Wissen über soziale Medien zu nutzen und auf die Krebsbiologie anzuwenden». Der Sprung mag gewagt erscheinen, ist es aber überhaupt nicht. «In den sozialen Netzwerken werden wir durch das Verhalten von Freunden, mit denen wir in Kontakt sind, beeinflusst, und dasselbe passiert auch zwischen den Genen von Krebszellen: Wir müssen verstehen, wie sie miteinander interagieren und die „Influencer“ ausmachen, die zu Angriffspunkten neuer Therapien werden können». Eine innovative Idee, die nur in einem Labor junger Menschen entstehen konnte, die in der Lage sind, die Welt mit anderen Augen zu sehen, um grosse Probleme zu lösen, ohne sich selbst jemals zu ernst zu nehmen. Wie das sympathische Foto beweist, das Cascione auf der offiziellen Website des Swiss Institute of Bioinformatics in der Rolle eines gezierten Gecks des achtzehnten Jahrhunderts abbildet. «Es ist ein groteskes Foto mit dem wir Gruppenführer des SIB uns über uns selbst lustig machen: Alles in allem hatte ich Glück, wenn man bedenkt, dass die Alternative ein Pokemon-Kostüm war!»