EU-Projekt Openscreen

Screeninglabore in der EU werden miteinander vernetzt

Wie das Leibniz-Instituts für Molekulare Pharmakologie in Berlin es vorexerzierte, werden Testlabore in 14 Ländern der EU zukünftig eng miteinander vernetzt ihre Forschungsarbeiten voranbringen. Am 29.4.2013 gab die neue Bundeswissenschaftsministerin Johanna Wanka ihr grünes Licht für das Projekt EU-Openscreen.

Nicht alle Tage erblickt solch ein weitreichendes Projekt der EU in Brüssel das Licht des Tages. Es geht um eine engere Zusammenarbeit der Wissenschaftler auf dem Gebiet der Auffindung neuer Wirkstoffe. Zukünftig werden die Forschungsaktivitäten der an die europaweiten Forschungslabors angeschlossenen Screening-Bibliotheken nicht nur weiter und stärker vereinheitlicht und standardisiert. Sie erhalten überdies einheitliche Infrastrukturen und ein gemeinsames Netz, mithilfe dessen sie sich zukünftig besser über ihre Laborgrenzen hinweg austauschen können. Eine gemeinsame wissenschaftliche Plattform wird das Wissen um die biologische Wirkung von chemischen Substanzen innerhalb dieses neuen Forschungsverbunds weiter vertiefen. Die dafür bestimmte Wissensbibliothek wird allen beteiligten 14 Länderpartnern zur Verfügung gestellt werden.

Schließlich werden die in den Wirkstoffbibliotheken gesammelten Daten und Informationen auch der interessierten Öffentlichkeit zugänglich gemacht. Vorrangiges Ziel der Screening-Labors ist und bleibt es jedoch, die vorhandenen, mehrere 100 000 chemischen Substanzen auf ihre biologische Wirkungsweise hin zu untersuchen und die Resultate zu speichern. Auf diese Weise erhalten die an diesen Verbund angeschlossenen, anderen Forschungslabors problemlos Zugriff auf die neuen Erkenntnisse und können ihrerseits neue Tests durchführen oder die Substanzen weiter im Labor untersuchen.

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Europäische Infrastruktur für Screening-Plattformen
Die neue Infrastruktur wird es Forschern aus akademischen wie auch privaten Labors ermöglichen, bioaktive sog. kleine Moleküle zu finden und hierfür auch Forschungsmittel zu erhalten. Insgesamt wird die neue Infrastruktur sich zu einem europaweiten Sammelbecken für Hochleistungszentren zum Auffinden und Testen solcher neuer kleiner Moleküle entwickeln. Dies hofft man wenigstens in Berlin, wo sich u. a. das Leibniz-Zentrum für molekulare Pharmakologie befindet. Die ersten Zentren werden ab 2014 operabel, d.h. einsatzfähig sein. Insgesamt rechnet man in Brüssel und Berlin mit einer gut dreijährigen Aufbauphase. Dann werden genügend chemische Ressourcen zur Verfügung stehen, um neue Wirkstoffe zu finden bzw. diese zu optimieren. Um die Arbeit zu erleichtern, werden bis dahin auch neue biochemische und chemierelevante Bio-Informatiksysteme zur Verfügung stehen. Ein neues Daten-Informationssystem wird die Ergebnisse von Screenings, die Protokolle von Assays sowie weitere chemische Informationen zum Abruf bereithalten.

Eine zentrale Datei soll eine breite Auswahl unterschiedlicher Stoffe enthalten, die Europas Kenntnisstand auf dem Gebiet der Chemie zusammenfassen und veranschaulichen wird. Unter den 14 Partnerinstituten sind neben dem BMBF, Berlin, der Helmholtz-Forschungsverbund, die Leibniz-Forschungsvereinigung, das CNRS, Frankreich, das CISI Mailand, das IMB Lodz, der Barcelona Science Park, das EMBL, Hinxton/UK sowie viele andere Forschungsinstitute zu nennen, die als assoziierte Mitglieder fungieren. Zu letzteren gehören die Unis von Gent, Belgien und Tarttu/Estland, von Budapest, die Hebräische Universität Jerusalem sowie die EPF Lausanne.

Der chemische Schlüssel zu zahlreichen Lösungen
Ausprobieren, ohne den Ansatzpunkt einer stofflichen Verbindung en detail zu kennen, ähnelt oft der Suche nach der Nadel in einem Heuhaufen. In früheren Zeiten gab es keine andere Möglichkeit, chemische Verbindungen aufzuklären, doch heute steht den Wissenschaftlern eine Vielzahl von Methoden und Verfahren zur Verfügung, die hier kurz aufgezeigt werden sollen. Im Zeitalter der Genomsequenzierung bietet die Forschung an molekularen Zielstrukturen einen neuen, zielführenden Ansatz. Diese Targets können für neue bio-logische Ansätze ebenso genutzt werden wie für neue chemische Verbindungen. Besonders interessant sind die neuen organischen Moleküle. Sie verbinden sich in einem einzigartigen Vorgang, dem Schlüssel-Schloss-Prinzip, mit zellulären Komponenten. Darüber hinaus modellieren sie auch deren Funktion innerhalb eines chemischen Produkts oder einer biologisch-chemischen Einheit. Mit den Wirkstoffen aus solch kleinen organischen Molekülen können deshalb Vorgänge auf zellulärer Ebene in ausgezeichneter Art und Weise untersucht und studiert werden. Zahlreiche, heute bereits im Handel erhältliche Produkte, von Medikamenten bis zu Pflanzenschutzmitteln, wurden auf dem Weg über die Erforschung solcher kleiner Moleküle entdeckt.

Fast gezwungenermaßen entwickelte sich daraus die relativ neue Technologie des systematischen Durchsuchens (= Screening) von umfangreichen Sammlungen chemischer Verbindungen, die oft mehr als 500 000 Moleküle umfassen. Benötigt werden für diesen Suchvorgang aber auch ein hoher Einsatz von Hochtechnologie, finanziellen Investitionen sowie erfahrenem Personal. Aus diesem Grund bleibt dieser Forschungszweig zahlreichen Wissenschaftlern und Forschern verschlossen, die hierfür nicht die notwendigen Mittel aufbringen können.

Dazu wurde der neue europäische Forschungsverbund Openscreen geschaffen. Er wird nach Abschluss der Aufbauphase, die bis ins Jahr 2018 reicht, endgültig in Betrieb gehen. Bereits operable Einheiten können desungeachtet sofort ihren Betrieb aufnehmen. Auch soll zusätzlich zu den bereits vorhandenen biologisch aktiven Substanzen in den verschiedenen Bibliotheken auch eine europaweite Sammlung von chemischen Substanzen geplant werden. Sie wird das chemische Wissen nutzbar machen und den Bedarf an Aufklärung hinsichtlich der Aktivitätsbeziehungen und der Strukturaufklärung der kleinen Moleküle decken.

Die Screening-Zentren in der EU sowie den assoziierten Staaten werden gemeinsame Standards für den Betrieb und das Management der Daten erarbeiten. Dies wird höchstmögliche Sicherheit sowie Zuverlässigkeit der zu bearbeitenden Datenmengen garantieren. Die neu zu schaffende Datenbank wird vom European Bioinformatics Institute des EMBL (European Molecular Biology Laboratory) in Heidelberg unterhalten und mit anderen Datenbanken aus den Lebenswissenschaften weltweit verknüpft. Darüber hinaus beinhaltet das Open-Access-Prinzip von EU-Openscreen die Möglichkeit, die Daten u.U. mit einer gewissen Zeitverzögerung zu veröffentlichen, wenn der betreffende Nutzer etwa eine Patentierung in Angriff genommen hat oder die Publikation seiner Daten in einer Fachzeitschrift wünscht. Schließlich wird EU-Openscreen seine technischen Möglichkeiten auch interessierten Kreisen aus der privaten Wirtschaft anbieten.

Vorreiter war ein deutsches Forschungsinstitut
Besonders erfreulich ist in diesem Zusammenhang die Tatsache, dass das Leibniz-Institut für molekulare Pharmakologie (FMP), Berlin-Buch, gemeinsam mit dem Max-Delbrück-Zentrum, Berlin-Buch, sowie dem Helmholtz-Zentrum für Infektionswissenschaften, Braunschweig, die wissenschaftlichen und organisatorischen Voraussetzungen für diese neue Kooperation auf EU-Ebene schuf. Den Berliner Leibniz-Forschern obliegt denn auch die Gesamtkoordination für EU-Openscreen in den nächsten Jahren. Nach Auffassung der dortigen Wissenschaftler stellt EU-Openscreen nichts anderes als die Fortsetzung des 2004 von deutschen Biologen und Chemikern initiierten Netzwerks ChemBio-Net dar. Ziel dieses Verbunds war und ist es, die beiden Fächer Chemie und Biologie noch besser zu vernetzen und die akademische Forschung auf dem Gebiet der chemischen Biologie weiter voranzubringen.

Zudem entwickelten Biologen bestimmte „Eignungstests“, die anschlagen, wenn eine Substanz aus dem reichen „Bibliotheken-Fundus“, d.h. einer solchen Substanzbank, ein bestimmtes Bakterien-enzym hemmen oder gar das Wachstum von Krebszellen verhindern kann. Auch unerwünschte Nebenwirkungen von Medikamenten oder Wirkstoffen auf Menschen, Tiere oder die Umwelt können mithilfe solcher Datenbanken deutlich schneller und früher entdeckt werden. „Dass Weichmacher in Kunststoffen sowohl Tiere als auch Menschen unfruchtbar machen können, hätte man mit vernetzten Testsystemen möglicherweise früher feststellen können“, erläutert Dr. Ronald Frank, der EU-Openscreen auch weiterhin persönlich koordiniert. Nicht nur er wünscht deshalb, dass im Rahmen von EU-Openscreen eine weitere zentrale Datenbank aufgebaut wird, die sämtliche Ergebnisse von Tests an und mit Medikamenten oder Pflanzenschutzmitteln umfasst.

Insgesamt wird das Projekt EU-Openscreen 55 Mio. Euro umfassen. Auf welchen Betrag sich der deutsche Anteil an diesem translationalen Programm belaufen wird, ist derzeit noch nicht absehbar. Nach Feststellung des Wissenschaftsrats, der das BMBF bei EU-Openscreen berät, wird diese neue Initiative es Deutschland ermöglichen, auf diesem überaus wichtigen Gebiet auch in Zukunft mit der Weltspitze Schritt zu halten.

Richard E. Schneider*)

Wissenschaftsjournalist, Brunnenstr. 16, 72074 Tübingen, Tel./Fax 07071/253015.

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