http://www.faz.net/-gwz-8mnx2
© F.A.Z., Carsten Feig

Das Notenspiel der bösen Gene

Von JOACHIM MÜLLER-JUNG, 23. Oktober 2016

Krebsforscher machen die Krankheit hörbar. Es ist Detektivarbeit mit den Ohren. Auch Proteinforscher beobachten nicht mehr nur, wie sich die Bausteine des Lebens formen, sie übersetzen ihre Daten in Melodien - und erhoffen sich neue Einsichten.

Krebs, das ist für uns das Chaos im Körper. Ein gefährliches, monströses Wuchern. Tatsächlich sind viele Krebszellen zerstörerische Untermieter im eigenen Leib, destruktiv von Anfang an: Mutationen in den Genen, ob ererbt oder erworben durch den Kontakt mit krebserzeugenden Mitteln, bringen die Zellen auf die schiefe Bahn - bis sie sich am Ende, angestoßen oftmals durch eine epigenetische Fehlsteuerung, unkontrolliert vermehren. Ein schicksalhafter Prozess, ein molekularer Amoklauf. Und doch ist es dieser zerstörerische Prozess, der inzwischen seine eigene Begleitmusik hervorbringt. In einigen Krebslaboren der Welt haben sich Wissenschaftler daran gemacht, die fatalen molekularen Vorgänge in den Krebszellen auf ungewöhnliche Art zu visualisieren – auf Notenblättern nämlich. Musiknoten, die am Ende als „Tumormusik“ vertont und abspielbar sind.

© F.A.Z. David Brock vom Deutschen Krebsforschungszentrum in Heidelberg arbeitet an einer Doktorarbeit über Krebsrisikofaktoren. Aus dem Muster von epigenetischen Markierungen macht Brocks Musik.



„Ich verbinde damit die Hoffnung, dass die Epigenetik öffentlich endlich stärker wahrgenommen wird“, sagt David Brocks vom Deutschen Krebsforschungszentrum in Heidelberg. Der 28jährige arbeitet gerade an seiner Doktorarbeit über Krebsrisikofaktoren. Das Muster der epigenetischen Markierungen lässt Rückschlüsse darüber zu, wie gefährdet die Zellen sind, einen zellulären Amoklauf in den Krebs einzuleiten. Die Informationen, welche Gene aus- und angeschaltet sind, welche Gene zu wenig oder zu stark aktiviert sind, liefern dazu einen binären Code, den sich Brocks für sein Vertonungsprojekt zunutze gemacht hat. Angefangen hat das Projekt mit einer flapsigen Bemerkung während einer Konferenzpause vor gut einem Jahr. Danach hat sich der Bioinformatiker zwei Wochen lang hingesetzt, sich mit der Programmiersprache Java vertraut gemacht, und einen eigenen siebenstelligen Code entwickelt, um den Grad der Methylierung von Genen zu kodieren und damit ein tonales Universum von bis zu 128 unterschiedlich kombinierbaren Noten zu schaffen. Das Epigenom wird so zum Musikgenom. Im Falle des menschlichen Erbguts umfasst dies gut sieben Millionen Noten. In der Zeitschrift „Clinical Epigenetics“ (doi: 10.1186/s13148-015-0127-8) hat Brocks nun zudem demonstriert, wie völlig anders – melodisch gesehen - gesundes Prostatagewebe in seiner Computermusikbox „klingt“, verglichen jedenfalls mit den fehlregulierten Zellen eines Prostatakrebs-Patienten oder mit „naiven“ Stammzellen.

  • © Wolfgang Eilmes David Brocks, Doktorand am Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ), hat eine Methode entwickelt, mit der er die epigenetischen Unterschiede von Krebszellen und gesunden Zellen hörbar machen kann. Dazu übersetzt er die Abfolge spezieller chemischer Markierungen auf der Erbsubstanz in Melodien.
  • © Brocks

Gesunde Prostata

© Brocks

Prostata-Tumor

© Brocks



Für Brocks steht bei den akustischen Analysen allerdings die Melodie keineswegs im Vordergrund, auch nicht die Anwendbarkeit des Verfahrens im medizinischen Alltag. Er ist musikalisch weder hoch ambitioniert, noch beschäftigt ihn als Forscher der praktische Nutzen der Krebsmelodien. Ihn beschäftigt die Epigenetik selbst. „Ich bin überzeugt, dass wir in der Krebstherapie künftig an der Epigenetik nicht vorbeikommen.“ Er sieht sich mit seinen musikalischen Genen auch eher in einer jungen wissenschaftlichen Tradition. Eine, die sich vorgenommen hat, wichtige, fürs Auge aber leider kaum zu dechiffrierende Veränderungen im Erbgut möglichst plastisch darzustellen und damit sinnlich erfahrbar zu machen.

Kurz nachdem das menschliche Genom entziffert war, hatten die ersten künstlerischen Experimente mit der akustischen Aufarbeitung begonnen.



© F.A.Z. Martin Staege interpretiert die Zellen aus dem Blut von Patienten musikalisch. Ausgangspunkt sind bei ihm vor allem die Genexpressionsprofile der Krebszellen. Staege ist Genforscher und leitet ein Forschungslabor mit Schwerpunkt Krebsmedizin und Immuntherapie an der Universitätsklinik und Poliklinik für Kinder- und Jugendmedizin in Halle/Saale.



Einer, der sich schon bald von den ersten Krebsmelodien inspirieren ließ, war Martin Staege. Der Genforscher, der heute ein Forschungslabor mit Schwerpunkt Krebsmedizin und Immuntherapie an der Universitätsklinik und Poliklinik für Kinder- und Jugendmedizin in Halle/Saale leitet, spielt selbst Klavier und Spinett. Sein Ansatz allerdings, den er sich 2008 zusammen mit einem Göttinger Kollegen ausdachte, um die Erbkrankheit ALS zu studieren, war kein musikalischer, sondern ein wissenschaftlicher. Die Zellen aus dem Blut von Patienten sollen musikalisch interpretiert werden. Ausgangspunkt sind bei ihm vor allem die Genexpressionsprofile der Krebszellen. Mit Hilfe von Genchips, den Microarrays, die sich dazu eignen, die Aktivität der einzelnen Gene exakt zu messen, werden klassischerweise bunten Farbgrafiken, „Heat maps“, erzeugt. Je mehr RNA-Kopien von dem jeweiligen Gen erzeugt werden, desto aktiver das Gen und umso rötlicher die Karte. In Staeges Labor werden die Zahlenkolonnen, die von den Genchips erzeugt werden, nicht nur in neue Farben, sondern auch in Töne umgewandelt. Von 2012 hatte er angefangen, zuerst mit Hilfe von Microsoft Excel, später mit der Programmiersprache R, die Genaktivitätsdaten zu kodieren und damit elektronisch hörbar zu machen. Die Höhe und die Länge der Töne spiegelt dabei jeweils die Aktivität: Hohe lange Töne für stark hoch regulierte Gene, tiefe kurze Töne für eine schwache Genaktivität.

© Gabriel P. Young Martin Staege, Medizinische Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg.

„Blutmusik“ heißen die so erzeugten Tonfolgen, weil die ersten akustischen Übersetzungen aus Blutproben gewonnen worden waren.


Die Erwartung war anfangs, genetische und epigenetische Unterschiede praktisch heraushören zu können. Sie hat sich auch erfüllt, teilweise wenigstens. Ganze Gendatensätze hat er inzwischen sogar in öffentlich zugänglichen Daten abgespeichert. Die Arbeiten mündeten schließlich auch in einige beachtliche wissenschaftliche Veröffentlichungen, so wie jene in „Scientific Reports“ (doi: 10.1038/srep15281), in der Staege vor ein paar Monaten die Einzelheiten seines „Genexpressions-Musikalgorithmus“ erläuterte.

© H.-Y-Wey Das erste PET-Hirnbild, das Genaktivitäten zeigt.

Die Hoffnung, dass man durch den Vergleich der Gen-Melodien die entscheidenden Unterschiede zwischen gesund und krank heraushören kann, hat sich bislang noch nicht erfüllt. „Zumindest kann man es derzeit als Hilfsinstrument für Sehgeschädigte nehmen, um Unterschiede wahrnehmbar zu machen“, sagt Staege. Doch die Hoffnung auf einen stärkeren klinischen Nutzen gibt er nicht auf. Momentan neigt der Hobbymusiker ohnehin dazu, die künstlerischen Aspekte und den Aufmerksamkeitswert der „musikalischen Gene“ herauszustellen. Und auch wenn von Künstler-Profis leicht angezweifelt werden könnte, ob es sich bei seinen Genakustikstücken wirklich um Musik handelt - der „Kunstcharakter“ der Vertonung sei durchaus zu erkennen: „Mit der Geninformation könnten beispielsweise ‚Modellmelodien‘ generiert werden, eine Art Klangstandard für das Humangenom, mit dem künftig auf Basis der Genprofile individuelle Melodien für jeden Menschen erzeugt werden könnten. Tatsächlich sind viele von Staeges vertonten Genprofilen inzwischen in öffentlichen Musik-Datenbanken wie dem „International Music Score Library Project“ abgespeichert – und unter der Rubrik „Tumormusik“ als gebührenfrei abrufbar.

Inhalte werden geladen.

Quelle: F.A.Z.

Veröffentlicht: 23.10.2016 14:31 Uhr