Systembiologie von Humanzellen als "Fabrik" für die Wirkstoffproduktion

04.04.2008

Professor An-Ping Zeng koordiniert ein Systembiologie-Verbundprojekt zur mathematischen Modellierung und Optimierung einer neuen humanen Zelllinie für die Produktion von pharmazeutischen Wirkstoffen. Langfristig soll dieses Forschungsvorhaben zu einer effizienteren Produktion von Medikamenten führen.

Prof. Dr. An-Ping Zeng, Leiter des Instituts für Bioprozess- und Biosystemtechnik der Technischen Universität Hamburg-Harburg (TUHH), ist Koordinator des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit über 2 Millionen Euro finanzierten Verbundprojektes "Systembiologie für Zellkulturen zur Produktion von pharmazeutischen Wirkstoffen (SysLogics)". In Zusammenarbeit mit sechs Projektpartnern aus Wissenschaft und Wirtschaft wird die TUHH in den kommenden drei Jahren einen wesentlichen Beitrag zu einem ganzheitlichen und mathematischen Verständnis der intrazellulären Vorgänge humaner Zellen als "Fabrik" zur Herstellung pharmazeutischer Proteine leisten. Mit den Forschungen in dem noch jungen Wissenschaftszweig der Systembiologie schärft die TUHH ihr Profil als führende Universität auf dem Gebiet der Biotechnologie.

Die Systembiologie und ihre technische Anwendung (Systembiotechnologie) sind neue Forschungsgebiete der Lebenswissenschaften. Sie zielt darauf ab, komplexe und dynamische Vorgänge in der Zelle auf Systemebene zu verstehen, im Computer nachzubilden und zu simulieren. Außer diesen wissenschaftlichen Zielen wird das Verbundprojekt zur Entwicklung effizienterer Herstellungsprozesse für pharmazeutische Produkte einerseits und einer höherer Produktqualität mittels einer neu entwickelten Humanzelllinie andererseits beitragen. "Der wissenschaftliche Fortschritt wird gebraucht: Der Patentschutz von vielen Medikamenten mit Umsätzen in Milliardenhöhe wird in den nächsten Jahren auslaufen. Das wird den Wettbewerb enorm erhöhen und zwingt die Unternehmen dazu, effizientere Prozesse für die Produktion zu entwickeln und mit höherwertigen Produkten an den Markt zu gehen", sagt Prof. Zeng. Der Jahresumsatz pharmazeutischer Proteinen liegt heute bei mehr als 70 Milliarden US-Dollar. Er wird bis 2010 voraussichtlich auf 105 Milliarden steigen. Etwa 54 Prozent dieser Pharmaprodukte werden mit tierischen Zellkulturen ("Chinese-hamster-ovary") produziert. Das Konsortium SysLogics unterstützt mit seinen systembiologischen Forschungen die beteiligten Industriepartner in ihrem Ziel, eine neuartige Humanzelllinie für die Herstellung von Pharmaproteinen marktreif zu machen. "Diese Zelllinie soll human kompatiblere Produkte effizient produzieren", sagt Zeng.

Dazu wird das Konsortium SysLogics besonders die Zentralstoffwechselwege der Zelle sowie den Zellzyklus über die verschiedenen Stadien des Wachstums auf den Ebenen der Gentranskription, Proteinsynthese und Stoffflüsse detailliert erfassen und anhand von mathematischen Modellen analysieren. Daraus sollen Strategien sowohl für die physiologische wie gentechnische Optimierung der Zelle und für den entsprechenden Prozess entwickelt werden. Dabei werden auch neue Konzepte und Technologien entstehen: zum Beispiel Verfahren zur schnellen Erfassung der intrazellulären Metabolite (Metabolomik) unter Produktionsbedingungen. Besonders die Metabolite, die für die energetische und stoffliche Versorgung der Zelle beim Wachstum und für die Produktbildung eine zentrale Rolle spielen, sind Gegenstand dieser Forschung. "Mit den neuen Kenntnissen wollen wir die Zellen im Bioreaktor gezielt in bestimmte Stadien lenken, die für den Prozess am produktivsten sind", sagt Zeng.

Das Projekt, an dem Forscher der Universitäten Bielefeld, Hannover, Saarbrücken sowie das Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung in Braunschweig, das Max-Plank-Institut Magdeburg und die Firma ProBioGen, Berlin, als assoziiertes Mitglied beteiligt sind, hat eine Laufzeit von drei Jahren. Das Konsortium soll zu einem international sichtbaren Leuchtturm im Bereich der Systembiologie von Zellkulturen werden.

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Prof. Dr. An-Ping Zeng
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