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Wird die Proteomik Antworten auf Fragen des Alterns und der Langlebigkeit liefern?


Dr. Parag Mallick ist Gründer und leitender Wissenschaftler von Nautilus Biotechnology.

Der leitende Wissenschaftler von Nautilus über die Möglichkeiten der Proteomik, die Geheimnisse des Alterns zu entschlüsseln und die Entwicklung von Medikamenten gegen Langlebigkeit zu verbessern.

Im Jahr 2003 erreichte das Humangenomprojekt nach 15 Jahren konzertierter weltweiter Forschungsanstrengungen und Kosten von rund 3 Milliarden Dollar sein Ziel, die erste Sequenz des menschlichen Genoms zu erstellen. Seitdem sind die Kosten für die DNA-Sequenzierung drastisch gesunken, und der Bereich der Genomik ermöglicht es heute, Krankheiten besser als je zuvor vorherzusagen, zu diagnostizieren und zu behandeln.


Trotz ihres enormen Einflusses auf die moderne Gesundheitsfürsorge liefert die Genomik jedoch nicht alle Antworten, die zur Verbesserung von Gesundheit und Langlebigkeit erforderlich sind. Der Bereich der Proteomik, der die Rolle der Proteine im Körper untersucht, verspricht sogar noch größere Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und Langlebigkeit.


Langlebigkeit.Technologie: Durch die Untersuchung der Wechselwirkungen, der Funktion, der Zusammensetzung und der Strukturen von Proteinen und ihrer zellulären Aktivitäten kann die Proteomik ein viel tieferes Verständnis der menschlichen Gesundheit vermitteln, als es die Genomik jemals vermögen wird. Es handelt sich jedoch auch um ein äußerst komplexes Forschungsgebiet, und weniger als 30 % des Proteoms werden heute routinemäßig von Forschern gemessen. Um mehr über dieses Gebiet und sein Potenzial für ein langes Leben zu erfahren, sprachen wir mit Dr. Parag Mallick, dem Gründer und leitenden Wissenschaftler des Proteomik-Unternehmens Nautilus Biotechnology.

Mallick vergleicht die Proteomik mit der Genomik und sagt, dass das Genom ein nützliches Bild davon liefert, was mit einem geschehen könnte, während das Proteom in Echtzeit zeigt, was tatsächlich geschieht.


"Das Genom weiß nichts darüber, wie Sie Ihr Leben gelebt haben - es weiß nicht, was Sie gegessen haben, es weiß nicht, dass Sie geraucht haben, es weiß nichts über Sie", erklärt er. "Das Proteom hingegen ist unglaublich dynamisch - es verändert sich jede Minute eines jeden Tages als Reaktion auf alles, was Sie tun.


Im Großen und Ganzen, so Mallick, verändert sich das Genom nicht - von dem Tag, an dem man geboren wird, bis zu dem Tag, an dem man stirbt, bleibt es so ziemlich gleich.


"Natürlich gibt es Fälle wie Krebs, wo es kleine Veränderungen im Genom gibt, aber bei den meisten anderen Krankheiten - Alzheimer, Herzkrankheiten, Diabetes - gibt es keine Veränderungen im Genom, aber viele Veränderungen im Rest des Körpers", fügt er hinzu. "Das Proteom eignet sich hervorragend, um zu beobachten, was passiert, und um es kontinuierlich zu überwachen, um die Veränderungen zu sehen, während sie stattfinden. "

Proteomik und Langlebigkeit


Diese Tiefe und Granularität der Informationen hat potenziell große Auswirkungen auf das Verständnis von Gesundheit und Langlebigkeit.


"Die Proteomik ist von grundlegender Bedeutung, um zu verstehen, wie das Leben funktioniert, und im Falle der Langlebigkeit, wie es aufhört zu funktionieren - die Prozesse, die mit der Zeit zum Abbau führen", sagt Mallick. "Die Proteomik kann Einblicke in all die biochemischen Veränderungen geben, die jeden Moment des Tages stattfinden und die Folgen des Alterns oder der Art und Weise, wie wir unser Leben leben, sind. Von der Untersuchung der Auswirkungen freier Radikale oder der Verkürzung der Telomere bis hin zu den Blutfaktoren extrem langlebiger Menschen - all diese Elemente sind im Proteom erfasst. Die Proteine leisten sowohl die Arbeit als auch den besten Einblick in das, was in Ihrem Körper gerade passiert."


Die Proteomik kann jedoch mehr als nur Einblicke in das menschliche Altern geben - sie kann auch die Chancen für die Entwicklung erfolgreicher Maßnahmen gegen Langlebigkeit erheblich verbessern.

"Denken Sie an die Entwicklung von Medikamenten - 95 % der Medikamente zielen auf Proteine ab, und der größte Teil der Entwicklung und des Verständnisses der Wirkungsweise von Medikamenten findet auf Proteinebene statt", sagt Mallick. "Wenn man die Langlebigkeit mit Hilfe von Medikamenten, natürlichen Produkten oder anderen Ansätzen erhöhen will, muss man verstehen, was diese Maßnahmen bewirken und wie sie das System verändern.


Eine komplexe Aufgabe

Die Untersuchung des Proteoms ist zwar unbestreitbar leistungsfähiger, aber auch viel komplexer als die des Genoms.

"Bei der Proteomik muss man die Zielproteine immer wieder messen, und zwar an verschiedenen Stellen, denn das Proteom in der Bauchspeicheldrüse ist anders als das Proteom im Blut oder in der Leber, so dass die Untersuchung sehr viel komplizierter ist", sagt Mallick. "Außerdem umfasst die Häufigkeit der Proteine eine enorme Bandbreite - der Unterschied zwischen dem am wenigsten häufigen und dem häufigsten vorkommenden Protein beträgt etwa zehn Größenordnungen. Um das in einen visuellen Kontext zu setzen: Das ist ein Mohnsamen im Vergleich zur Erde!"


Wenn man bedenkt, dass es 13 Jahre und 3 Milliarden Dollar gekostet hat, das menschliche Genom zu entschlüsseln, hält Mallick eine ähnliche Initiative im Bereich der Proteomik für denkbar?

"Ich glaube schon, dass es notwendig ist, das Proteom auf diese Weise zu verstehen", sagt er. "Nur weil es so viele Proteine gibt und sie sich ständig verändern, bedeutet das nicht, dass sie sich chaotisch verändern. Es ist nicht zufällig. Hinter jeder dieser Veränderungen steckt eine biologische Grundlage."


"Ein Projekt wie das Humangenomprojekt im Bereich der Proteomik könnte uns helfen zu verstehen, welche Proteine sich als Folge der Biologie systematisch verändern. Es wird Proteine geben, die ein konsistentes, verständliches Verhalten aufweisen, das mit dem Altern, altersbedingten Krankheiten usw. in Verbindung gebracht werden kann.


Der Genomik auf der Spur

Während die Kartierung des ersten menschlichen Genoms im Jahr 2003 3 Milliarden Dollar kostete, kann die Sequenzierung des gesamten Genoms heute für ein paar hundert Dollar durchgeführt werden, und jeder Biologe, der das Genom oder Transkriptom einer beliebigen Probe untersuchen möchte, kann dies relativ einfach und kostengünstig tun.


Natürlich wird die Proteomik inzwischen auch in der Forschung eingesetzt, aber nicht so häufig wie die genomischen und transkriptomischen Methoden. Laut Mallick gibt es dafür zwei Gründe: die Komplexität der derzeit verfügbaren Proteomtechnologie und die begrenzten Daten, die diese Technologien liefern.

"Wenn wir uns das Proteom ansehen, sind die heute verfügbaren Werkzeuge unvollständig. Es gibt weltweit kein Instrument, mit dem das gesamte Proteom in einem einzigen Experiment gemessen werden kann", sagt er. "Und die verfügbaren Instrumente sind kompliziert, so dass sie nur von ausgebildeten Proteomforschern verwendet werden können, was den Kreis derer, die Proteomstudien durchführen können, einschränkt.


"Selbst mit den besten Technologien können vielleicht ein paar Tausend Proteine aus dem Blut gemessen werden, im Vergleich zu den Zehntausenden, von denen wir glauben, dass sie existieren - das sind nur 10 % von dem, was es gibt. Obwohl die Proteomik also ständig eingesetzt wird, sind ihr Grenzen gesetzt - es ist schwierig, und sie hat nicht die Reichweite, die man sich wünschen würde."


Demokratisierung der Proteomik

Mallick gründete Nautilus mit dem Ziel, eine Plattform zu entwickeln, die in der Lage ist, das gesamte Proteom auf eine Art und Weise zu quantifizieren, die für jede Art von Forschern zugänglich ist.

"Wir wollen, dass die Proteomik-Technologien mit den Genomik-Technologien gleichgestellt werden", sagt er. "Wir demokratisieren die Proteomik, so dass jeder, der das Proteom messen möchte, dies tun kann. Wir müssen dafür sorgen, dass die Proteomik ein fester Bestandteil der biologischen Forschung wird, so dass es bei der Untersuchung von Alterung, Histonen und Telomeren genauso selbstverständlich ist, das Proteom einer Probe zu bestimmen wie ihr Genom."


Nautilus hat eine Plattform entwickelt, die im nächsten Jahr auf den Markt kommen soll und mit der das gesamte Proteom einer beliebigen Probe analysiert werden kann, um auf unvoreingenommene Weise zu ermitteln, wie es beeinflusst wird.

"Wir wollten eine Plattform entwickeln, die den Umfang des Proteoms erfassen kann und einfach zu bedienen ist", sagt Mallick. "Sie musste außerdem schnell sein, eine Empfindlichkeit bis hinunter zu einer Handvoll Moleküle aufweisen und einen dynamischen Bereich haben, der es erlaubt, einige Mohnsamen unter Planeten zu messen. Nautilus wurde entwickelt, um diese Herausforderungen zu meistern und die Proteomik zu demokratisieren, so dass sie zu einem ebenso routinemäßigen Bestandteil der biologischen Forschung wird wie die Genomik heute.


Nautilus sagt, dass seine Modellierung zeigt, dass es in der Lage sein wird, mehr als 95 % des Proteoms über eine Reihe von Probentypen zu messen. Er geht zwar nicht davon aus, dass wir zum Zeitpunkt der Markteinführung im nächsten Jahr in der Lage sein werden, das gesamte Proteom zu messen, aber Mallick ist optimistisch, dass das Unternehmen sein Ziel schnell erreichen wird.


"Ich gehe davon aus, dass unsere Plattform kurz nach der Markteinführung mit zusätzlichen Reagenzien, ja nicht einmal mit Änderungen am Gerät, in der Lage sein wird, das gesamte Proteom zu messen", sagt er. "Stellen Sie sich Folgendes vor: Wenn Sie ein Foto von einer Szene machen und nur 20 % des Geschehens in dieser Szene erkennen könnten, wäre es immer noch nützlich. Aber was wäre, wenn man 95 % des Geschehens in der Szene sehen könnte? Besser, nicht wahr?"


Die Zukunft des Proteoms

Mit Blick auf die Zukunft der Proteomik geht Mallick davon aus, dass das Feld dem Weg der Genomik folgen wird, die ursprünglich im Labor begann, nun aber im gesamten Spektrum des Gesundheitswesens zur Anwendung kommt.

"Ich denke, dass wir bei der Proteomik das Gleiche erleben werden: Sie wird als Forschungsinstrument beginnen, und dann wird man gezielte Panels für bestimmte Proteine entwickeln", sagt er. "Im Laufe der Zeit wird es immer effizienter, das gesamte Proteom zu messen, und eines Tages wird es einfach Teil der allgemeinen Untersuchung sein.


Was die Auswirkungen der Proteomik auf den Bereich der Langlebigkeit betrifft, so ist Mallick optimistisch, was ihr Potenzial angeht.


"Alterungsprozesse können mit einer Genmutation oder einer Chemikalie beginnen, der man ausgesetzt war, und diese beginnen sich auf zellulärer Ebene, auf Gewebeebene und auf Wirtsebene zu verändern", sagt er. "Forscher können unsere Plattform nutzen, um diese Veränderungen im Detail zu verstehen, um Wirkstoffe oder Änderungen des Lebensstils zu finden, die diese Veränderungen rückgängig machen, und um eine Anzeige zu haben, die beweist, dass sie tatsächlich funktioniert haben."


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