Krebs entsteht, wenn Körperzellen außer Kontrolle geraten. Sie vermehren sich ungehindert, wodurch bösartige Wucherungen, Tumoren, auftreten. Diesem Verhalten geht immer eine genetische Veränderung, eine Mutation, voraus.

Mutationen sind in unseren Zellen eigentlich an der Tagesordnung. Doch hin und wieder verändern sich Gene in einer Weise, die der Zelle einen Vorteil gegenüber den anderen Zellen im Gewebe verschafft. Das ist Evolution im Miniaturformat. Die Zelle vermehrt sich schneller, verdrängt die anderen Zellen. Es entwickelt sich eine Krebserkrankung.

Zufällige Veränderungen in der DNA wie das Austauschen einzelner Buchstaben oder das Umsortieren ganzer Abschnitte stehen häufig am Anfang einer Tumorerkrankung
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Sieben Jahre für einen Datenberg

Nicht jeder Krebs ist gleich, doch gibt es auch Gemeinsamkeiten. Um diesen auf den Grund zu gehen, wurde im Jahr 2013 das Pan-Cancer-Projekt des International Cancer Genome Consortium (ICGC) gestartet, dessen erste Ergebnisse Anfang Februar in einer Sonderausgabe des Fachmagazins "Nature" veröffentlicht wurden.

Es war eine Mammutaufgabe, der sich die Krebsforscher unter der Leitung des European Molecular Biology Laboratory (EMBL) in Heidelberg stellten: Um die Erbinformation von 38 Krebsarten zu entschlüsseln, arbeiteten über 1300 Wissenschafter aus 37 Ländern zusammen. Mit den Tumoren und Vergleichsgeweben von 2600 Patienten erstellten sie einen Datensatz in der Größe eines Petabytes. Ein Petabyte sind 1.000.000.000.000.000 Byte, also eine Eins mit 15 Nullen.

Für das Projekt wurden Patientinnen und Patienten verschiedene Krebsgewebe entnommen. Danach wurde das Genom der Tumoren sequenziert. Man kann in der Erbinformation der Zellen lesen wie in einem Buch. Dieses hat beim Menschen immerhin über drei Milliarden Buchstaben.

Das Tumorgenom wurde schließlich mit dem Genom gesunder Zellen verglichen, um die erfolgten Veränderungen zu finden. Dies brachte bereits einige interessante Erkenntnisse. Trotz der zu erwartenden individuellen Unterschiede konnten die meisten Tumoren auf eine Handvoll von Mutationen zurückgeführt werden, die den Krebs verursacht hatten. Einige davon befanden sich nicht direkt in den Genen, sondern in Bereichen, die deren Aktivität steuern.

Blick in die Vergangenheit

Aus den Daten können die Wissenschafter auch herauslesen, in welcher Reihenfolge bestimmte Veränderungen stattfinden. Wenn eine Mutation in allen Zellen, eine andere aber nur in wenigen zu finden ist, kann man davon ausgehen, dass sie nacheinander passiert sind. Mit diesen Informationen kann man die Geschichte des Tumors rekonstruieren.

Künstlerische Interpretation der tickenden Uhr: Jede Mutation hat das Potenzial eine Krebserkrankung auszulösen
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Zudem fanden die Forscher heraus, dass die Schnelligkeit, in der mehrere Mutationen nacheinander im Krebsgewebe entstehen, offenbar auch von genetischen Veranlagungen beeinflusst wird. Ein erhöhtes Risiko für eine Tumorerkrankung ist demzufolge vererbbar.

Zu den häufig beobachteten Veränderungen gehören Gene, die die Krebszellen unsterblich machen. Normalerweise haben unsere Körperzellen eine eingebaute Abschalteinrichtung, die eine weitere Zellteilung unterbindet. Tumorzellen sind in der Lage, diese Abschaltung zu umgehen und sich ungehindert zu vermehren. Diese Tumormutationen kommen besonders in Geweben vor, in denen normalerweise keine Zellteilung mehr stattfindet.

Offene Fragen

Das Pan-Cancer-Projekt ist ein Meilenstein für die Krebsforschung, doch viele Fragen sind weiterhin offen. Die Daten wurden aufbereitet und in einer Art digitaler Bibliothek öffentlich für Forscher aus aller Welt zur Verfügung gestellt. In Zukunft sollen weitere Patientendaten erhoben werden. Dabei geht es nicht nur um die Diagnose verschiedener Tumorarten, sondern auch um deren Verläufe und die Erfolge von Therapieansätzen.

Christine Haberler von der Abteilung für Neuropathologie und Neurochemie der Med-Uni Wien sieht ein großes Potenzial der neuen Daten für die Krebsforschung. Die Neuropathologin ist die Leiterin des österreichischen neuropathologischen Referenzzentrums für kindliche Hirntumoren.

Für ihre eigene Forschung sei natürlich vor allem der Teil des Datensatzes interessant, der Gehirntumoren behandelt. Aber auch der Vergleich zu anderen Krebsarten ist wichtig. "Man muss in der Krebsforschung auch immer nach links und rechts schauen, da Erkenntnisse auch für die eigene Forschung bedeutsam sein können", so Haberler.

Der Trend in der Krebsmedizin geht dahin, aufgrund des genetischen Profils des Tumors eine speziell auf den Patienten zugeschnittene Therapie anzubieten. Dies ist der Kern einer personalisierten Medizin.

Früherkennung und Vermeidung

Doch auch für die Vorsorge liefern die Daten neue Erkenntnisse. Bestimmte Mutationen geschehen bereits Jahre vor dem Auftreten von Tumoren. Diese speziellen Muster seien laut Haberler als sogenannte Biomarker sehr spannend für die Entwicklung neuer Methoden der Früherkennung. Sogar Impfungen gegen Krebs, wie sie vom aus Wien stammenden Immunonkologen Christoph Huber in Mainz bei Blutkrebs entwickelt werden, seien denkbar.

Forscher entschlüsselten die genetischen Profile verschiedener Tumorarten
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Neben vererbbaren Risikofaktoren fanden die Wissenschafter vom Pan-Cancer-Projekt auch Hinweise auf Mutationsmuster, die sich auf äußere Faktoren des Lebensstils zurückführen lassen könnten. Diese Erkenntnisse können bei der Vermeidung von Krebserkrankungen und der Einschätzung von Risiken helfen.

Trotz der enormen Größe des Datensatzes handelt es sich doch nur um einen Ausschnitt, gibt Christine Haberler zu bedenken. Allein bei den Gehirntumoren gebe es 100 verschiedene Arten. "Forschung kann man sich wie ein Puzzle vorstellen, bei dem viele kleine Puzzlesteine ein Gesamtbild ergeben. Das ist jetzt sicher ein sehr großes Stück, eine ganze Insel aus mehreren Steinen. Aber es fehlen noch andere." (Friederike Schlumm, 27.2.2020)