MTZ-BioQuant Award for Systems Biology 2009 -Medizinische Systembiologie zum besseren Verständnis von Viruserkrankungen wie Hepatits C, HIV und Grippe

Herr Dr. Lars Kaderali ist Leiter der Nachwuchsgruppe "VIROQUANT Research Group Modeling".

Kurzfassung des Forschungsansatzes:

"Systembiologie der Virus-Wirts Interaktionen"

Viren wie HIV oder Hepatitis C Virus (HCV), die Verursacher von AIDS und Hepatitis C, bestehen im wesentlichen aus genomischer Information, also Bauplänen zur Synthese von Proteinen. Sie haben keine eigenen Mechanismen für ihre Vermehrung, sondern sind hierfür auf die infizierte Zelle angewiesen, die wie eine Fabrik den Bauplan des Virus umsetzt und so neue Viruspartikel produziert. Für die meisten Prozesse seines Lebenszyklus, von Infektion über Replikation des Virusgenoms bis hin zum Zusammenbau neuer infektiöser Viruspartikel und deren Weiterverbreitung, nutzen die Viren Mechanismen der infizierten Wirtszelle. Diese Wirtsprozesse werden vom Virus „gekapert“ und für seine eigenen Zwecke missbraucht, zumeist zum Nachteil der Wirtszelle. Die dabei entstehenden Interaktionen zwischen Virus und Wirt sind ausgesprochen komplex, und sind charakterisiert durch den Kampf zwischen Virus und Immunantwort der Zelle. Die Arbeitsgruppe von Dr. Kaderali untersucht im Rahmen des vom BMBF geförderten Projektes ViroQuant diese Virus-Wirts Interaktionen mit Methoden der Systembiologie.

Experimentelle Grundlage hierfür ist insbesondere die RNA-Interferenz, ein Verfahren, mit dem gezielt Gene in lebenden Zellen ausgeschaltet werden können, und für dessen Entdeckung 2006 der Nobelpreis vergeben wurde. Durch Infektion derart vorbehandelter Zellen mit einem Virus und anschließenden Messungen der Virusreplikation kann darauf zurückgeschlossen werden, welche Wirtsgene der Virus für seine Vermehrung benötigt. In enger Kooperation mit den virologischen Arbeitsgruppen von Professor Bartenschlager und Professor Kräusslich, in deren Labors die experimentellen Arbeiten durchgeführt werden, werden diese Experimente anschließend in der Arbeitsgruppe von Dr. Kaderali weiter ausgewertet. Nach statistischer Normierung und Vorprozessierung kommen dabei neu entwickelte Methoden des maschinellen Lernens zum Einsatz, die direkt aus den experimentellen Messungen versuchen, die zugrundeliegenden Prozesse in den Zellen zu rekonstruieren. Mit einem neu durch Dr. Kaderali entwickelten Verfahren konnten dabei erfolgreich Komponenten der Jak-Stat-Signaltransduktion untersucht werden, die ein wesentlicher Bestandteil des angeborenen Immunsystems sind.

Darüber hinaus beschäftigt sich Dr. Kaderali mit der direkten mathematischen Modellierung des viralen Lebenszyklus und der Virus-Wirts Interaktionen im Computer mit Differenzialgleichungen. Seine Arbeiten zur Modellierung der Hepatitis-C Replikation in Zusammenarbeit mit Dr. Marco Binder aus der Abteilung für molekulare Virologie des Universitätsklinikums haben dabei neue Hypothesen zur Dynamik der intrazellulären Virusreplikation geliefert, und deuten auf eine wesentliche Rolle von intrazellulären Replikationsvesikeln, deren Bildung durch den Virus induziert wird.


(Quelle: Dr. rer. nat. Lars Kaderali Oktober 2009)