Schalter, Module, Hierarchien – Was biologische Netzwerke über zelluläre Entscheidungsprozesse verraten

Prof. Dr. Marc-Thorsten Hütt

Jacobs University

 

Mit den Begriffen 'Netzwerkbiologie' und 'Netzwerkmedizin' verbindet sich seit knapp 20 Jahren die Hoffnung, aus der Architektur der großen molekularen Netzwerke in biologischen Zellen (Genregulation, Metabolismus, Signaltransduktion, Proteininteraktion) eine Theorie biologischer Systeme abzuleiten.

 

Im Kern dieser Bemühungen steht die Frage, wie die Zelle die Netzwerke nutzt, um schnelle und zugleich robuste Entscheidungen zu treffen. Diese Entscheidungen betreffen metabolische Anpassungen bei Änderung der Umweltbedingungen, aber auch die Reaktion auf den Ausfall von Systemkomponenten.

 

Am Beispiel eines Modellorganismus, dem Darmbakterium Escherichia coli, stelle ich einige der Forschungsansätze vor, fundamentale Netzwerk-Funktionsbeziehungen zu identifizieren. Dabei diskutiere ich auch die methodischen Schwierigkeiten und die Fehlschläge solcher Versuche. Beispiele für Netzwerkeigenschaften von großer Bedeutung für die Systemfunktion sind die modulare und hierarchische Organisation von Netzwerken, aber auch das Vorliegen von Zyklen, Rückkopplungsschleifen und hoch vernetzten Elementen ('Hubs').

 

Im Ausblick zeige ich, wie Netzwerke genutzt werden können, um krankheitsassoziierte Gene zu interpretieren und wie sich die 'Netzwerkmedizin' derzeit als neue Forschungsrichtung etabliert.