Malva findet krebstypische RNA-Muster in Sekunden
Die Suchmaschine durchsucht in Sekundenschnelle Zelldaten aus Studien weltweit nach RNA, einem wichtigen Baustein der Zelle. Das hilft Forschenden, eigene Gewebeproben einzuordnen und Krankheiten besser zu verstehen.
Ob Elektroherd oder Konzerttermin: Wer bei Google einen Suchbegriff eingibt, erhält Links zu passenden Webseiten. Auch Malva funktioniert wie eine Suchmaschine. Doch hier suchen Forschende nach bestimmten Abschnitten der RNA, einem wichtigen Zellmolekül. Anders als Google liefert die Suchmaschine Malva nicht nur Links zu Quellen, sondern bereitet Informationen aus den Forschungsdaten direkt auf. Dabei kann sie auch RNA-Varianten erkennen, die andere Tools nicht unterscheiden. Aufgebaut wurde Malva von einem Team des Max Delbrück Centrums (MDC) in Berlin. Die Arbeit wurde vor wenigen Monaten in "Nature" publiziert.
„Die RNA ist der transportable Bauplan der Zelle für ein Protein“, erklärt der Entwickler, Systembiologe Prof. Dr. Nikolaus Rajewsky, wissenschaftlicher Direktor des „Berlin Institute for Medical Systems Biology" am MDC (MDC-BIMSB). Damit ist die Bedeutung von RNA kaum zu unterschätzen, denn Proteine steuern Stoffwechsel, Wachstum und Zellteilung. Sind sie fehlerhaft oder entstehen sie in falscher Menge, kann dies eine Krebserkrankung auslösen. Eine RNA-Analyse zeigt, welche Proteine eine Zelle produziert und weist auf krebstypische Auffälligkeiten hin.
Warum Malva gebraucht wird
Die personalisierte Medizin erzeugt riesige Mengen an RNA-Daten, vor allem durch neue Technologien wie Einzelzellanalysen. Früher analysierte man Zellklumpen und erhielt Durchschnittswerte. Heute kann man gezielt eine einzelne Zelle aus dem Tumor darauf untersuchen, welche Gene in ihr aktiv sind (mehr zum Zusammenhang zwischen Genen, RNA und Proteinen s. Kasten). Durch den Blick in diese Einzelzelle lässt sich besser nachvollziehen, welche Mechanismen in verschiedenen Bereichen des Tumors ablaufen. Denn heute weiß man, dass Tumoren ganz unterschiedliche Zellen enthalten, die verschiedene Wachstumsstrategien haben. Genau diese Unterschiedlichkeit ist für Resistenzen und Rückfälle verantwortlich. Doch der Datenschatz liegt verstreut in einzelnen Datenbanken. Forschende mussten die großen Datenmengen bisher einzeln herunterladen und mühsam auswerten, wozu zudem IT-Kenntnisse nötig waren.
Für Malva wurden öffentlich zugängliche Studiendaten aufbereitet und in einem gemeinsamen Suchindex erfasst. So können Forschende sie durchsuchen, ohne die Daten selbst herunterladen zu müssen. Ein Programm überwacht öffentliche Datenarchive auf neue Datensätze, die nach der Verarbeitung den Suchindex von Malva fortlaufend erweitern.
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Was hat die RNA mit Proteinen zu tun?
Im Zellkern liegt die DNA, unser Erbgut. Bestimmte Abschnitte, die Gene, enthalten Baupläne für Proteine. Will die Zelle ein Protein bilden, liest sie die DNA ab und erstellt eine Kopie: die Boten-RNA (mRNA). Diese bringt die Bauanleitung zu den Ribosomen. Diese Proteinfabriken der Zelle setzen je drei RNA-Bausteine in einen Proteinbaustein um. Die RNA-Sequenz bestimmt, wie ein Protein aussieht und wie es funktioniert.
Mehr zum Zusammenhang von RNA und Krebs.
Welche Fragen können Forschende stellen?
Wie muss man sich eine Suche vorstellen? „Wenn ich jetzt eine RNA-Sequenz in einem Krebsgewebe finde, kann ich Malva fragen, ob das für diese Tumorart spezifisch ist“, erklärt Rajewsky. Malva zeigt dann, in welchen früher untersuchten Zellen die Sequenz bereits gefunden wurde. Wenn dies in den Daten vermerkt ist, zeigt Malva auch den Zelltyp und ob die Zellen aus gesundem oder krankem Gewebe stammten. Ein fehlender Treffer beweist noch nicht, dass die gesuchte RNA andernorts nicht existiert. Auch ob die Sequenz tatsächlich eine Krankheit auslöst oder Therapieresistenzen ermöglicht, müssen weitere Untersuchungen klären.
„Malva kann jede Form von RNA-Sequenz auswerten, auch solche, die man im Menschen noch nie gesehen hat“, betont Rajewsky. Eine Möglichkeit, wie solche Varianten entstehen, ist das alternative Spleißen: Dabei verarbeitet die Zelle die RNA unterschiedlich. So können aus der Bauanleitung eines Gens verschiedene Varianten entstehen, die zu unterschiedlichen Proteinen führen können. Krebszellen nutzen solche Varianten gezielt, um mit den veränderten Proteinen ihr Wachstum, die Teilung oder Widerstandsfähigkeit zu fördern. Daher ist es ein großer Gewinn, dass Malva nicht nur Informationen darüber gibt, welches Gen in einer Zelle aktiv ist, sondern auch, welche RNA-Variante sie daraus herstellt.
Wie könnten Menschen mit Krebs von Malva profitieren?
Kennt man die Proteine, die zu unkontrolliertem Zellwachstum führen, kann man versuchen, sie gezielt mit modernen Krebstherapien zu hemmen. RNA-Analysen helfen, diese Proteine zu finden und liefern so Hinweise auf einen potentiellen Angriffspunkt – ein „Target“ – gegen den Krebs. Allerdings muss dieses spezifisch für den Tumor sein. Kommt es auch in gesunden Geweben häufig vor, würde ein Angriff darauf starke Nebenwirkungen auslösen. „Da muss man sehr vorsichtig sein, wenn man dem Patienten nicht schaden will“, warnt Rajewsky. Eine RNA-Sequenz, die nur im Tumor vorkommt, könnte hingegen ein lohnendes Therapieziel sein. Findet man sie in verschiedenen Tumorarten, ließe sich eine darauf abgestimmte personalisierte Therapie entwickeln, die tumorübergreifend wirkt. Malva unterstützt dabei, all das herauszufinden.
An konkreten Behandlungsstrategien arbeitet das Team mit Malva allerdings nicht. Das Projekt ist als Forschungswerkzeug angelegt, nicht als fertige Diagnose- oder Therapieplattform. Rajewsky sieht seine Aufgabe darin, mithilfe der RNA besser zu verstehen, „was ist es für eine Krankheit und wie wird die sich entwickeln oder wie wird die auf bestimmte Behandlungen ansprechen“. Konkrete Therapien müssten anschließend gemeinsam mit anderen Fachleuten entwickelt werden.
Wie es mit dem Projekt weitergeht
Dafür plant das Team eine Ausgründung, die die Arbeit an potentiellen Therapiezielen gemeinsam mit Unternehmen ermöglichen soll. Für die akademische Forschungsgemeinde soll Malva kostenlos nutzbar bleiben, betont Rajewsky.
